Radio

Elemento químico con número atómico 88 (Ra)
Radio,  88 Ra
Radio galvanizado sobre una muestra muy pequeña de lámina de cobre y cubierto con poliuretano para evitar la reacción con el aire.
Radio
Pronunciación/ ˈ r eɪ d i ə m / ​( RAY -dee-əm )
Aparienciablanco plateado metalizado
Número de masa[226]
El radio en la tabla periódica
HidrógenoHelio
LitioBerilioBoroCarbónNitrógenoOxígenoFlúorNeón
SodioMagnesioAluminioSilicioFósforoAzufreCloroArgón
PotasioCalcioEscandioTitanioVanadioCromoManganesoHierroCobaltoNíquelCobreZincGalioGermanioArsénicoSelenioBromoCriptón
RubidioEstroncioItrioCirconioNiobioMolibdenoTecnecioRutenioRodioPaladioPlataCadmioIndioEstañoAntimonioTelurioYodoXenón
CesioBarioLantanoCerioPraseodimioNeodimioPrometeoSamarioEuropioGadolinioTerbioDisprosioHolmioErbioTulioIterbioLutecioHafnioTantalioTungstenoRenioOsmioIridioPlatinoOroMercurio (elemento)TalioDirigirBismutoPolonioAstatoRadón
FrancioRadioActinioTorioProtactinioUranioNeptunioPlutonioAmericioCurioBerkelioCalifornioEinstenioFermioMendelevioNobelioLawrenceRutherfordioDubnioSeaborgioBohrioHassioMeitnerioDarmstadtioRoentgenioCopérnicoNihonioFlerovioMoscovioLivermorioTennesseeOganesón
Ba
↑
Ra
↓
( Ubn )
francio ← radio → actinio
Número atómico ( Z )88
Grupogrupo 2 (metales alcalinotérreos)
Períodoperiodo 7
Bloquear  bloque s
Configuración electrónica[ Rn ] 7s 2
Electrones por capa2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusión973  K (700 °C, 1292 °F) (disputado)
Punto de ebullición2010 K (1737 °C, 3159 °F)
Densidad (cerca de  rt )5,5 g/ cm3
Calor de fusión8,5  kJ/mol
Calor de vaporización113 kJ/mol
Presión de vapor
P  (Pa)1101001 k10 mil100 mil
en  T  (K)8199061037120914461799
Propiedades atómicas
Estados de oxidacióncomún: +2,
ElectronegatividadEscala de Pauling: 0,9
Energías de ionización
  • 1º: 509,3 kJ/mol
  • 2º: 979,0 kJ/mol
Radio covalente221±2  pm
Radio de Van der Waals283 pm
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales del radio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalde la descomposición
Estructura cristalinacúbico centrado en el cuerpo (bcc) ( cF4 )
Constante de red
Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo para el radio
a  = 514,8 pm (cerca de rt ) [1]
Conductividad térmica18,6 W/(m⋅K)
Resistividad eléctrica1 µΩ⋅m (a 20 °C)
Ordenamiento magnéticono magnético
Número CAS7440-14-4
Historia
DescubrimientoPierre y Marie Curie (1898)
Primer aislamientoMarie Curie (1910)
Isótopos del radio
Isótopos principales [2]Decadencia
abundanciavida media ( t 1/2 )modoproducto
223 Rarastro11,43 díasalfa219 RN
224 Rarastro3.6319 díasalfa220 millas
225 Rarastro14,9 díasβ −225 CA
226 Rarastro1599 añosalfa222 Rn
228 Rarastro5,75 añosβ −228 Ac
 Categoría: Radio
| referencias
  • Fuente de radiación de radio-226.
  • Actividad 3300 Bq (3,3 kBq)

El radio es un elemento químico ; su símbolo es Ra y su número atómico es 88. Es el sexto elemento del grupo 2 de la tabla periódica , también conocido como los metales alcalinotérreos . El radio puro es de color blanco plateado, pero reacciona fácilmente con el nitrógeno (en lugar del oxígeno) al exponerse al aire, formando una capa superficial negra de nitruro de radio (Ra 3 N 2 ). Todos los isótopos del radio son radiactivos , siendo el isótopo más estable el radio-226 con una vida media de 1.600 años. Cuando el radio se desintegra, emite radiación ionizante como subproducto, que puede excitar sustancias químicas fluorescentes y causar radioluminiscencia . Por esta propiedad, se utilizó ampliamente en pinturas autoluminiscentes después de su descubrimiento. De los elementos radiactivos que se encuentran en cantidad, el radio se considera particularmente tóxico y es cancerígeno debido a su radiactividad y a la de su producto de desintegración inmediata, el radón, así como a su tendencia a acumularse en los huesos .

El radio, en forma de cloruro de radio , fue descubierto por Marie y Pierre Curie en 1898 a partir de un mineral extraído en Jáchymov . Extrajeron el compuesto de radio de la uraninita y publicaron el descubrimiento en la Academia Francesa de Ciencias cinco días después. El radio fue aislado en su estado metálico por Marie Curie y André-Louis Debierne mediante la electrólisis del cloruro de radio en 1910, y poco después el metal comenzó a producirse a mayor escala en Austria , Estados Unidos y Bélgica . Sin embargo, la cantidad de radio producida a nivel mundial siempre ha sido pequeña en comparación con otros elementos, y en la década de 2010, la producción anual de radio, principalmente a través de la extracción de combustible nuclear gastado , era inferior a 100 gramos.

En la naturaleza, el radio se encuentra en los minerales de uranio en cantidades tan pequeñas como una séptima parte de un gramo por tonelada de uraninita, y en los minerales de torio en cantidades traza. El radio no es necesario para los organismos vivos , y su radiactividad y reactividad química hacen que sea probable que se produzcan efectos adversos para la salud cuando se incorpora a los procesos bioquímicos debido a su imitación química del calcio . A partir de 2018, aparte de en medicina nuclear , el radio no tiene aplicaciones comerciales. Anteriormente, desde la década de 1910 hasta la de 1970, se utilizó como fuente radiactiva para dispositivos radioluminiscentes y también en la curanderismo radiactivo por su supuesto poder curativo. En casi todas sus aplicaciones, el radio ha sido reemplazado por radioisótopos menos peligrosos , y uno de sus pocos usos no médicos restantes es la producción de actinio en reactores nucleares .

Propiedades a granel

El radio es el metal alcalinotérreo más pesado conocido y es el único miembro radiactivo de su grupo. Sus propiedades físicas y químicas se asemejan más a las de su congénere más ligero , el bario . [3]

El radio puro es un metal blanco plateado , lustroso y volátil , aunque sus congéneres más ligeros, el calcio , el estroncio y el bario, tienen un ligero tinte amarillo. [3] La superficie lustrosa del radio se vuelve negra rápidamente al exponerse al aire, probablemente debido a la formación de nitruro de radio (Ra 3 N 2 ). [4] Su punto de fusión es de 700 °C (1292 °F) o 960 °C (1760 °F) [a] y su punto de ebullición es de 1737 °C (3159 °F); sin embargo, esto no está bien establecido. [5] Ambos valores son ligeramente inferiores a los del bario, lo que confirma las tendencias periódicas hacia abajo en los elementos del grupo 2. [6] Al igual que el bario y los metales alcalinos , el radio cristaliza en la estructura cúbica centrada en el cuerpo a temperatura y presión estándar : la distancia de enlace radio-radio es de 514,8  picómetros . [7] El radio tiene una densidad de 5,5 g/cm 3 , superior a la del bario, lo que confirma nuevamente las tendencias periódicas; la relación de densidad radio-bario es comparable a la relación de masa atómica radio-bario, [8] debido a las estructuras cristalinas similares de los dos elementos. [8] [9]

Isótopos

Cadena de desintegración del 238 U, progenitor primordial del 226 Ra

El radio tiene 33 isótopos conocidos con números másicos de 202 a 234, todos los cuales son radiactivos . [2] Cuatro de ellos – 223 Ra ( vida media 11,4 días), 224 Ra (3,64 días), 226 Ra (1600 años) y 228 Ra (5,75 años) – se producen naturalmente en las cadenas de desintegración del torio-232 primordial , uranio-235 y uranio-238 ( 223 Ra del uranio-235, 226 Ra del uranio-238 y los otros dos del torio-232). Sin embargo, estos isótopos todavía tienen vidas medias demasiado cortas para ser radionucleidos primordiales , y solo existen en la naturaleza a partir de estas cadenas de desintegración. [10] Junto con el 225 Ra (15 d), en su mayoría artificial , que se produce en la naturaleza solo como un producto de desintegración de trazas diminutas de neptunio-237 , [11] estos son los cinco isótopos más estables del radio. [2] Todos los otros 27 isótopos de radio conocidos tienen vidas medias inferiores a dos horas, y la mayoría tienen vidas medias inferiores a un minuto. [2] De estos, el 221 Ra (vida media de 28 s) también se produce como un hijo del 237 Np, y el 220 Ra y el 222 Ra se producirían por la desintegración beta doble aún no observada de los isótopos naturales del radón . [12] Se han informado al menos 12  isómeros nucleares , el más estable de los cuales es el radio-205m con una vida media entre 130~230 milisegundos; esto es todavía más corto que veinticuatro isótopos de radio en estado fundamental . [2]

El 226 Ra es el isótopo más estable del radio y es el último isótopo en la cadena de desintegración (4 n + 2) del uranio-238 con una vida media de más de un milenio; constituye casi la totalidad del radio natural. Su producto de desintegración inmediata es el gas noble radiactivo denso radón (específicamente el isótopo 222 Rn ), que es responsable de gran parte del peligro del radio ambiental. [13] [b] Es 2,7 millones de veces más radiactivo que la misma cantidad molar de uranio natural (principalmente uranio-238), debido a su vida media proporcionalmente más corta. [14] [15]

Una muestra de radio metálico se mantiene a una temperatura más alta que su entorno debido a la radiación que emite. El radio natural (que es principalmente 226 Ra) emite principalmente partículas alfa , pero otros pasos en su cadena de desintegración (la serie del uranio o del radio ) emiten partículas alfa o beta , y casi todas las emisiones de partículas están acompañadas de rayos gamma . [16]

Los estudios de física nuclear experimental han demostrado que los núcleos de varios isótopos del radio, como 222 Ra, 224 Ra y 226 Ra, tienen formas asimétricas de reflexión ("similares a una pera"). [17] En particular, esta información experimental sobre el radio-224 se ha obtenido en ISOLDE utilizando una técnica llamada excitación de Coulomb . [18] [19]

Química

El radio solo exhibe el estado de oxidación de +2 en solución. [4] Forma el catión incoloro Ra 2+ en solución acuosa , que es altamente básico y no forma complejos fácilmente. [4] Por lo tanto, la mayoría de los compuestos de radio son compuestos iónicos simples , [4] aunque se espera la participación de los electrones 6s y 6p (además de los electrones de valencia 7s) debido a los efectos relativistas y mejoraría el carácter covalente de los compuestos de radio como RaF 2 y Ra At 2 . [20] Por esta razón, el potencial de electrodo estándar para la semirreacción Ra 2+ (aq) + 2e - → Ra (s) es −2,916  V , incluso ligeramente inferior al valor −2,92 V para el bario, mientras que los valores previamente habían aumentado suavemente hacia abajo en el grupo (Ca: −2,84 V; Sr: −2,89 V; Ba: −2,92 V). [21] Los valores del bario y el radio son casi exactamente los mismos que los de los metales alcalinos más pesados: potasio , rubidio y cesio . [21]

Compuestos

Los compuestos de radio sólidos son blancos, ya que los iones de radio no proporcionan una coloración específica, pero gradualmente se vuelven amarillos y luego oscuros con el tiempo debido a la autorradiólisis de la desintegración alfa del radio . [4] Los compuestos de radio insolubles coprecipitan con todo el bario, la mayoría de los compuestos de estroncio y la mayoría de los compuestos de plomo . [22]

El óxido de radio (RaO) está poco caracterizado, ya que la reacción del radio con el aire da como resultado la formación de nitruro de radio . [23] El hidróxido de radio (Ra(OH) 2 ) se forma a través de la reacción del metal radio con agua, y es el más soluble entre los hidróxidos alcalinotérreos y una base más fuerte que su congénere de bario, el hidróxido de bario . [24] También es más soluble que el hidróxido de actinio y el hidróxido de torio : estos tres hidróxidos adyacentes pueden separarse precipitándolos con amoníaco . [24]

El cloruro de radio (RaCl 2 ) es un compuesto incoloro y luminiscente . Se vuelve amarillo después de un tiempo debido al daño autoinfligido por la radiación alfa emitida por el radio cuando se desintegra. Pequeñas cantidades de impurezas de bario le dan al compuesto un color rosa . [24] Es soluble en agua, aunque menos que el cloruro de bario , y su solubilidad disminuye con el aumento de la concentración de ácido clorhídrico . La cristalización a partir de una solución acuosa da el dihidrato RaCl 2 ·2H 2 O, isomorfo con su análogo de bario. [24]

El bromuro de radio (RaBr 2 ) también es un compuesto incoloro y luminoso. [24] En agua, es más soluble que el cloruro de radio. Al igual que el cloruro de radio, la cristalización a partir de una solución acuosa da el dihidrato RaBr 2 ·2H 2 O, isomorfo con su análogo de bario. La radiación ionizante emitida por el bromuro de radio excita las moléculas de nitrógeno en el aire, haciéndolo brillar. Las partículas alfa emitidas por el radio ganan rápidamente dos electrones para convertirse en helio neutro , que se acumula en el interior y debilita los cristales de bromuro de radio. Este efecto a veces hace que los cristales se rompan o incluso exploten. [24]

El nitrato de radio (Ra(NO 3 ) 2 ) es un compuesto blanco que se puede obtener disolviendo carbonato de radio en ácido nítrico . A medida que aumenta la concentración de ácido nítrico, disminuye la solubilidad del nitrato de radio, una propiedad importante para la purificación química del radio. [24]

El radio forma prácticamente las mismas sales insolubles que su congénere más ligero, el bario: forma el sulfato insoluble (RaSO 4 , el sulfato más insoluble conocido), el cromato (RaCrO 4 ), el carbonato (RaCO 3 ), el yodato (Ra(IO 3 ) 2 ), el tetrafluoroberilato (RaBeF 4 ) y el nitrato (Ra(NO 3 ) 2 ). Con excepción del carbonato, todos ellos son menos solubles en agua que las sales de bario correspondientes, pero todos son isoestructurales con sus homólogos de bario. Además, el fosfato, el oxalato y el sulfito de radio probablemente también sean insolubles, ya que coprecipitan con las sales de bario insolubles correspondientes. [25] La gran insolubilidad del sulfato de radio (a 20 °C, solo 2,1  mg se disolverán en 1  kg de agua) significa que es uno de los compuestos de radio biológicamente menos peligrosos. [26] El gran radio iónico de Ra 2+ (148 pm) da como resultado una capacidad débil para formar complejos de coordinación y una extracción deficiente de radio de soluciones acuosas cuando no están a un pH alto. [27]

Aparición

Todos los isótopos del radio tienen vidas medias mucho más cortas que la edad de la Tierra , de modo que cualquier radio primordial se habría desintegrado hace mucho tiempo. No obstante, el radio todavía se encuentra en el medio ambiente , ya que los isótopos 223 Ra, 224 Ra, 226 Ra y 228 Ra son parte de las cadenas de desintegración de los isótopos naturales del torio y el uranio; dado que el torio y el uranio tienen vidas medias muy largas, estos isótopos hijos se regeneran continuamente por su desintegración. [10] De estos cuatro isótopos, el de vida más larga es el 226 Ra (vida media de 1600 años), un producto de desintegración del uranio natural. Debido a su longevidad relativa, el 226 Ra es el isótopo más común del elemento, y constituye aproximadamente una parte por billón de la corteza terrestre; esencialmente, todo el radio natural es 226 Ra. [28] Así, el radio se encuentra en cantidades minúsculas en el mineral de uranio uraninita y en varios otros minerales de uranio , y en cantidades aún más minúsculas en los minerales de torio. Una tonelada de pechblenda normalmente produce alrededor de una séptima parte de un gramo de radio. [29] Un kilogramo de la corteza terrestre contiene alrededor de 900  picogramos de radio, y un litro de agua de mar contiene alrededor de 89  femtogramos de radio. [30]

Historia

Marie y Pierre Curie experimentando con radio, dibujo de André Castaigne
Tubo de vidrio de cloruro de radio conservado por la Oficina de Normas de Estados Unidos y que sirvió como estándar principal de radiactividad para los Estados Unidos en 1927.

El radio fue descubierto por Marie Skłodowska-Curie y su esposo Pierre Curie el 21 de diciembre de 1898 en una muestra de uraninita (pechblenda) de Jáchymov . [31] Mientras estudiaban el mineral anteriormente, los Curie extrajeron uranio de él y descubrieron que el material restante todavía era radiactivo. En julio de 1898, mientras estudiaban la pechblenda, aislaron un elemento similar al bismuto que resultó ser polonio . Luego aislaron una mezcla radiactiva que constaba de dos componentes: compuestos de bario , que daban un color de llama verde brillante, y compuestos radiactivos desconocidos que daban líneas espectrales carmín que nunca antes se habían documentado. Los Curie descubrieron que los compuestos radiactivos eran muy similares a los compuestos de bario, excepto que eran menos solubles. Este descubrimiento hizo posible que los Curie aislaran los compuestos radiactivos y descubrieran un nuevo elemento en ellos. Los Curie anunciaron su descubrimiento a la Academia Francesa de Ciencias el 26 de diciembre de 1898. [32] El nombre del radio data de alrededor de 1899, de la palabra francesa radium , formada en latín moderno a partir de radio ( rayo ): esto fue en reconocimiento de la emisión de energía del radio en forma de rayos. [33] Las emisiones gaseosas de radio, radón, fueron reconocidas y estudiadas extensamente por Friedrich Ernst Dorn a principios de la década de 1900, aunque en ese momento se caracterizaron como "emanaciones de radio". [34]

En septiembre de 1910, Marie Curie y André-Louis Debierne anunciaron que habían aislado el radio como metal puro a través de la electrólisis de una solución de cloruro de radio puro (RaCl 2 ) utilizando un cátodo de mercurio , produciendo una amalgama de radio-mercurio . [35] Esta amalgama se calentó luego en una atmósfera de gas hidrógeno para eliminar el mercurio, dejando el radio metálico puro. [36] Más tarde ese mismo año, E. Eoler aisló el radio por descomposición térmica de su azida , Ra(N 3 ) 2 . [10] El radio metálico fue producido industrialmente por primera vez a principios del siglo XX por Biraco , una empresa subsidiaria de Union Minière du Haut Katanga (UMHK) en su planta de Olen en Bélgica. [37] El metal se convirtió en un importante producto de exportación de Bélgica desde 1922 hasta la Segunda Guerra Mundial. [38]

La unidad histórica general para la radiactividad, el curie , se basa en la radiactividad del 226 Ra. Originalmente se definió como la radiactividad de un gramo de radio-226, [39] pero la definición se refinó posteriormente para ser3,7 × 10 10  desintegraciones por segundo . [40]

Aplicaciones históricas

Pintura luminiscente

Manecillas del reloj recubiertas con pintura de radio bajo luz ultravioleta

El radio se utilizaba antiguamente en pinturas autoluminiscentes para relojes, interruptores de aviones, relojes de pared y diales y paneles de instrumentos. Un reloj autoluminiscente típico que utiliza pintura de radio contiene alrededor de 1 microgramo de radio. [41] A mediados de la década de 1920, cinco " Radium Girls " moribundas, pintoras de diales que habían pintado pintura luminosa a base de radio en los componentes de relojes, presentaron una demanda contra la United States Radium Corporation . [42] Se les indicó a las pintoras de diales que lamieran sus pinceles para darles una punta fina, ingiriendo así radio. [43] Su exposición al radio les causó graves efectos sobre la salud que incluyeron llagas, anemia y cáncer de huesos . [13]

Durante el litigio se determinó que los científicos y la dirección de la empresa habían tomado precauciones considerables para protegerse de los efectos de la radiación, pero no parecía que eso protegiera a sus empleados. Además, durante varios años las empresas habían intentado encubrir los efectos y evitar la responsabilidad insistiendo en que las Radium Girls padecían sífilis . [44]

Como resultado de la demanda y de un estudio exhaustivo del Servicio de Salud Pública de los Estados Unidos, los efectos adversos de la radiactividad se hicieron ampliamente conocidos y se instruyó a los pintores de esferas de radio sobre las precauciones de seguridad adecuadas y se les proporcionó equipo de protección. En particular, los pintores de esferas ya no lamían los pinceles para darles forma (lo que causaba cierta ingestión de sales de radio). El radio todavía se utilizaba en esferas hasta la década de 1960, pero no hubo más lesiones entre los pintores de esferas. [42]

A partir de la década de 1960, se dejó de utilizar pintura de radio. En muchos casos, se implementaron diales luminosos con materiales fluorescentes no radiactivos excitados por la luz; estos dispositivos brillan en la oscuridad después de la exposición a la luz, pero el brillo se desvanece. [13] Cuando se requería una autoluminosidad duradera en la oscuridad, se utilizó pintura radiactiva más segura de prometio -147 (vida media de 2,6 años) o tritio (vida media de 12 años); ambos siguen utilizándose en 2018. [45] Estos tenían la ventaja adicional de no degradar el fósforo con el tiempo, a diferencia del radio. [46] El tritio tal como se usa en estas aplicaciones se considera más seguro que el radio, [47] ya que emite radiación beta de muy baja energía (incluso menor que la radiación beta emitida por el prometio) [48] que no puede penetrar la piel, [49] a diferencia de la radiación gamma emitida por los isótopos del radio. [47]

Altímetro zeppelin de la Primera Guerra Mundial . La esfera, previamente pintada con pintura de radio luminiscente, se ha vuelto amarilla debido a la degradación del medio fluorescente de sulfuro de zinc .

Los relojes y otros instrumentos de la primera mitad del siglo XX, a menudo de uso militar, pueden haber sido pintados con pintura luminosa radiactiva. Normalmente ya no son luminosos; sin embargo, esto no se debe a la desintegración radiactiva del radio (que tiene una vida media de 1600 años), sino al desgaste de la fluorescencia del medio fluorescente de sulfuro de cinc por la radiación del radio. [50] La aparición de una capa a menudo gruesa de pintura verde o marrón amarillenta en los dispositivos de este período sugiere un peligro radiactivo. La dosis de radiación de un dispositivo intacto es relativamente baja y normalmente no supone un riesgo agudo, pero la pintura es peligrosa si se libera y se inhala o se ingiere. [5] [51]

Curanderismo

Anuncio de 1918 de Radior, uno de varios productos cosméticos que afirman contener radio por sus supuestas propiedades curativas [52]

El radio era un aditivo en productos como cosméticos, pasta de dientes, cremas para el cabello e incluso alimentos debido a sus supuestos poderes curativos. [53] Muchos productos contemporáneos fueron anunciados falsamente como radiactivos. [54] Estos productos pronto pasaron de moda y fueron prohibidos por las autoridades en muchos países después de que se descubrió que podían tener graves efectos adversos para la salud. (Véase, por ejemplo, los tipos Radithor o Revigator de "agua con radio" o "Solución de radio estándar para beber"). [50] Los spas que contienen agua rica en radio todavía se promocionan ocasionalmente como beneficiosos, como los de Misasa, Tottori , Japón, [55] aunque las fuentes de radiactividad en estos spas varían y pueden atribuirse al radón y otros radioisótopos. [56]

Usos médicos y de investigación

El radio (generalmente en forma de cloruro de radio o bromuro de radio ) se utilizaba en medicina para producir gas radón, que a su vez se utilizaba como tratamiento contra el cáncer . [5] Varias de estas fuentes de radón se utilizaron en Canadá en las décadas de 1920 y 1930. [57] Sin embargo, muchos tratamientos que se utilizaban a principios de la década de 1900 ya no se utilizan debido a los efectos nocivos que causaba la exposición al bromuro de radio. Algunos ejemplos de estos efectos son la anemia , el cáncer y las mutaciones genéticas . [58] A partir de 2011, se utilizaron emisores gamma más seguros como el 60Co , que es menos costoso y está disponible en mayores cantidades, para reemplazar el uso histórico del radio en esta aplicación, [27] pero factores como el aumento de los costos del cobalto y los riesgos de mantener fuentes radiactivas en el sitio han llevado a un aumento en el uso de aceleradores de partículas lineales para las mismas aplicaciones. [59]

En los EE. UU., desde 1940 hasta la década de 1960, el radio se utilizó en la irradiación nasofaríngea con radio, un tratamiento que se administraba a los niños para tratar la pérdida de audición y la otitis crónica . El procedimiento también se administró a los aviadores y a la tripulación de submarinos para tratar el barotrauma . [60] [61]

A principios del siglo XX, los biólogos utilizaron el radio para inducir mutaciones y estudiar la genética . Ya en 1904, Daniel MacDougal utilizó el radio en un intento de determinar si podía provocar grandes mutaciones repentinas y causar grandes cambios evolutivos. Thomas Hunt Morgan utilizó el radio para inducir cambios que dieron lugar a moscas de la fruta de ojos blancos. El biólogo ganador del Nobel Hermann Muller estudió brevemente los efectos del radio en las mutaciones de la mosca de la fruta antes de recurrir a experimentos con rayos X más asequibles. [62]

Producción

Monumento al descubrimiento del radio en Jáchymov

El uranio no tenía aplicaciones a gran escala a finales del siglo XIX y, por lo tanto, no existían grandes minas de uranio. Al principio, las minas de plata en Jáchymov , Austria-Hungría (hoy República Checa ) eran las únicas grandes fuentes de mineral de uranio. [31] El mineral de uranio era solo un subproducto de las actividades mineras. [63]

En la primera extracción de radio, Curie utilizó los residuos después de la extracción de uranio de la pechblenda. El uranio había sido extraído por disolución en ácido sulfúrico dejando sulfato de radio, que es similar al sulfato de bario pero aún menos soluble en los residuos. Los residuos también contenían cantidades bastante sustanciales de sulfato de bario que actuaba así como portador del sulfato de radio. Los primeros pasos del proceso de extracción de radio implicaban hervir con hidróxido de sodio, seguido de un tratamiento con ácido clorhídrico para minimizar las impurezas de otros compuestos. El residuo restante se trataba luego con carbonato de sodio para convertir el sulfato de bario en carbonato de bario (que transportaba el radio), haciéndolo así soluble en ácido clorhídrico. Después de la disolución, el bario y el radio se reprecipitaron como sulfatos; esto se repitió luego para purificar aún más el sulfato mixto. Algunas impurezas que forman sulfuros insolubles se eliminaron tratando la solución de cloruro con sulfuro de hidrógeno , seguido de filtrado. Cuando los sulfatos mixtos fueron lo suficientemente puros, se convirtieron una vez más en cloruros mixtos; Posteriormente, el bario y el radio se separaron mediante cristalización fraccionada mientras se monitoreaba el progreso utilizando un espectroscopio (el radio da líneas rojas características en contraste con las líneas verdes del bario) y el electroscopio . [64]

Después de que Marie y Pierre Curie aislaran el radio del mineral de uranio de Jáchymov , varios científicos comenzaron a aislarlo en pequeñas cantidades. Más tarde, pequeñas empresas compraron los desechos mineros de las minas de Jáchymov y comenzaron a aislar el radio. En 1904, el gobierno austríaco nacionalizó las minas y dejó de exportar mineral en bruto. Hasta 1912, cuando aumentó la producción de radio, la disponibilidad de radio era baja. [63]

La formación de un monopolio austríaco y la fuerte necesidad de otros países de tener acceso al radio llevaron a una búsqueda mundial de minerales de uranio. Estados Unidos asumió el liderazgo como productor a principios de la década de 1910, [31] produciendo un total de 70 g entre 1913 y 1920 solo en Pittsburgh . [65]

En 1940, el proceso de Curie todavía se utilizaba para la extracción industrial de radio, pero en ese entonces se utilizaban bromuros mixtos para el fraccionamiento. Si el contenido de bario del mineral de uranio no es lo suficientemente alto, se puede añadir bario adicional para transportar el radio. Estos procesos se aplicaron a minerales de uranio de alta calidad, pero es posible que no hayan funcionado bien con minerales de baja calidad. [66] Hasta la década de 1990, todavía se extraían pequeñas cantidades de radio del mineral de uranio mediante este método de precipitación mixta e intercambio iónico, [28] pero a partir de 2011, solo se extrae del combustible nuclear gastado. [67] El radio metálico puro se aísla reduciendo el óxido de radio con aluminio metálico en vacío a 1200 °C. [27]

En 1954, el suministro mundial total de radio purificado ascendía a aproximadamente 5 libras (2,3 kg). [41] Zaire y Canadá fueron brevemente los mayores productores de radio a fines de la década de 1970. [65] En 1997, los principales países productores de radio eran Bélgica, Canadá, la República Checa, Eslovaquia, el Reino Unido y Rusia. [28] La producción anual de compuestos de radio era solo de unos 100 g en total en 1984; [28] la producción anual de radio se había reducido a menos de 100 g en 2018. [68]

Aplicaciones modernas

El radio se utiliza cada vez más en el campo de la física atómica, molecular y óptica . [69] [19] Las fuerzas de ruptura de simetría se escalan proporcionalmente a [70], lo que hace que el radio, el elemento alcalinotérreo más pesado, sea muy adecuado para restringir la nueva física más allá del modelo estándar . Algunos isótopos del radio, como el radio-225, tienen dobletes de paridad deformados por octupolo que mejoran la sensibilidad a la paridad de carga que viola la nueva física en dos o tres órdenes de magnitud en comparación con el 199 Hg. [71]   O 3   , {\estilo de visualización \ Z^{3}\ ,}

El radio también es un candidato prometedor para los relojes ópticos de iones atrapados . El ion radio tiene dos transiciones de ancho de línea de subhercios desde el estado fundamental que podrían servir como transición de reloj en un reloj óptico. [72] Se ha demostrado un reloj atómico de iones atrapados de 226 Ra+ en la transición a , que se ha considerado para la creación de un reloj óptico transportable, ya que todas las transiciones necesarias para el funcionamiento del reloj se pueden abordar con láseres de diodo directos en longitudes de onda comunes. [73]   7 s 2 S 1 / 2   {\displaystyle \ \mathrm {7s^{2}S_{1/2}} \ }   7 s 2 S 1 / 2   {\displaystyle \ \mathrm {7s^{2}S_{1/2}} \ }   6 d 2 D 5 / 2   {\displaystyle \ \mathrm {6d^{2}D_{5/2}} \ }

Algunos de los pocos usos prácticos del radio se derivan de sus propiedades radiactivas. Los radioisótopos descubiertos más recientemente , como el cobalto-60 y el cesio-137 , están reemplazando al radio incluso en estos usos limitados porque varios de estos isótopos son emisores más potentes, más seguros de manipular y están disponibles en forma más concentrada. [74]

El isótopo 223 Ra fue aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos en 2013 para su uso en medicina como tratamiento del cáncer de metástasis ósea en forma de una solución que incluye cloruro de radio-223. [75] La principal indicación del tratamiento es la terapia de metástasis óseas del cáncer de próstata resistente a la castración. [76] El 225 Ra también se ha utilizado en experimentos relacionados con la irradiación terapéutica, ya que es el único isótopo de radio de vida razonablemente larga que no tiene al radón como uno de sus hijos. [77]

El radio todavía se utilizaba en 2007 como fuente de radiación en algunos dispositivos de radiografía industrial para comprobar si había piezas metálicas defectuosas, de forma similar a la obtención de imágenes por rayos X. [13] Cuando se mezcla con berilio , el radio actúa como fuente de neutrones . [50] [78] Hasta al menos 2004, todavía se utilizaban a veces fuentes de neutrones de radio-berilio, [13] [79] pero otros materiales como el polonio y el americio se han vuelto más comunes para su uso en fuentes de neutrones. Las fuentes de neutrones basadas en RaBeF 4 (α, n) han quedado obsoletas a pesar del alto número de neutrones que emiten (1,84 × 10 6 neutrones por segundo) en favor de las fuentes de 241 Am –Be. [80] A partir de 2011 [actualizar], el isótopo 226 Ra se utiliza principalmente para formar 227 Ac mediante irradiación de neutrones en un reactor nuclear. [27]

Peligros

El radio es altamente radiactivo, al igual que su producto de desintegración inmediata, el gas radón . Cuando se ingiere, el 80% del radio ingerido sale del cuerpo a través de las heces , mientras que el otro 20% va al torrente sanguíneo , acumulándose principalmente en los huesos. Esto se debe a que el cuerpo trata el radio como calcio y lo deposita en los huesos , donde la radiactividad degrada la médula y puede mutar las células óseas . La exposición al radio, interna o externa, puede causar cáncer y otros trastornos, porque el radio y el radón emiten rayos alfa y gamma al desintegrarse, que matan y mutan las células. [13] El radio generalmente se considera el más tóxico de los elementos radiactivos. [80]

Algunos de los efectos biológicos del radio incluyen el primer caso de "dermatitis por radio", reportado en 1900, dos años después del descubrimiento del elemento. El físico francés Antoine Becquerel llevó una pequeña ampolla de radio en el bolsillo de su chaleco durante seis horas e informó que su piel se ulceró . Pierre Curie se colocó un tubo lleno de radio en el brazo durante diez horas, lo que resultó en la aparición de una lesión en la piel, lo que sugiere el uso del radio para atacar el tejido canceroso como había atacado el tejido sano. [81] Se ha culpado a la manipulación del radio por la muerte de Marie Curie, debido a anemia aplásica . Una cantidad significativa del peligro del radio proviene de su hijo, el radón, que como gas puede ingresar al cuerpo mucho más fácilmente que su padre, el radio. [13]

Regulación

Las primeras recomendaciones publicadas para la protección contra el radio y la radiación en general fueron realizadas por el Comité Británico de Protección contra el Radio y los Rayos X y fueron adoptadas internacionalmente en 1928 en la primera reunión de la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP), siguiendo las directrices preliminares escritas por la Sociedad Röntgen . [82] Esta reunión condujo a nuevos desarrollos de programas de protección radiológica [83] coordinados entre todos los países representados por la comisión. [84]

La exposición al radio todavía está regulada internacionalmente por la CIPR, junto con la Organización Mundial de la Salud . [85] El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) publica normas de seguridad y proporciona recomendaciones para la manipulación y la exposición al radio en sus trabajos sobre materiales radiactivos naturales y las Normas Básicas Internacionales de Seguridad más amplias, [86] que no son aplicadas por el OIEA pero están disponibles para su adopción por los miembros de la organización. [87] Además, en un esfuerzo por reducir la cantidad de dispositivos de radioterapia antiguos que contienen radio, el OIEA ha trabajado desde 2022 [88] para gestionar y reciclar fuentes de 226 Ra en desuso . [89] [90]

En varios países existen y se aplican otras reglamentaciones además de las recomendadas por el OIEA y la ICRP. Por ejemplo, en los Estados Unidos, el nivel máximo de contaminación definido por la Agencia de Protección Ambiental para el radio es de 5 pCi/L para el agua potable; [91] en la época del Proyecto Manhattan en la década de 1940, el "nivel de tolerancia" para los trabajadores se estableció en 0,1 microgramos de radio ingerido. [92] La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional no establece límites específicos de exposición para el radio, y en su lugar limita la exposición a la radiación ionizante en unidades de roentgen equivalente hombre en función del área expuesta del cuerpo. Las fuentes de radio en sí mismas, en lugar de las exposiciones de los trabajadores, están reguladas más de cerca por la Comisión Reguladora Nuclear , [93] que exige una licencia para cualquier persona que posea 226 Ra con una actividad de más de 0,01 μCi. [94] Los órganos rectores particulares que regulan los materiales radiactivos y la energía nuclear están documentados por la Agencia de Energía Nuclear para los países miembros [95] – por ejemplo, en la República de Corea , las normas de seguridad radiológica de la nación son administradas por el Instituto de Radioisótopos de Corea, establecido en 1985, y el Instituto de Seguridad Nuclear de Corea, establecido en 1990 [96] – y el OIEA lidera los esfuerzos para establecer órganos rectores en lugares que no tienen regulaciones gubernamentales sobre materiales radiactivos. [97] [98]

Notas

  1. ^ Ambos valores se encuentran en las fuentes y no hay acuerdo entre los científicos en cuanto al verdadero valor del punto de fusión del radio. [4]
  2. ^ Ver mitigación del radón .

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