Actinídeos

Os actinídeos são um grupo de 15 elementos químicos que se localizam no sétimo período da tabela periódica, no grupo 3. Essa série se inicia no actínio (Ac, Z = 89) e vai até o laurêncio (Lr, Z = 103). Os actinídeos apresentam como principal característica o fato de todos serem radioativos, além de serem pouco presentes na crosta terrestre, com a maioria sendo, inclusive, de origem sintética.

Os actinídeos, assim como os lantanídeos, apresentam o subnível f em sua distribuição eletrônica (à exceção do actínio e tório, apenas). Dos actinídeos, destacam-se o urânio e o plutônio, os quais são utilizados como combustível nucleares. O amerício, outro actinídeo, é usado em detectores de fumaça.

Leia também: Quais são os lantanídeos?

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre actinídeos
• 2 - O que são actinídeos?
• 3 - Quais são os actinídeos?
• 4 - Características dos actinídeos
• 5 - Qual a diferença entre actinídeos e lantanídeos?
• 6 - Actinídeos na tabela periódica
• 7 - Para que servem os actinídeos?
• 8 - Exercícios resolvidos sobre actinídeos

Resumo sobre actinídeos

• Os actinídeos são um conjunto de 15 elementos químicos localizados no grupo 3 e sétimo período da tabela periódica.
• A série dos actinídeos inicia no actínio (Ac, Z = 89) e encerra no laurêncio (Lr, Z = 103).
• São radioativos e pouco presentes na crosta terrestre.
• Boa parte dos actinídeos são de origem sintética, tendo sido descobertos a partir da segunda metade do século XX.
• Urânio e plutônio são dois actinídeos que se destacam como combustíveis nucleares.

O que são actinídeos?

Os actinídeos são uma série de 15 elementos químicos localizados no sétimo período do grupo 3 da tabela periódica, iniciando-se no actínio (Ac, Z = 89) até o laurêncio (Lr, Z = 103).

Quais são os actinídeos?

• Aactínio, Ac, Z = 89.
• Tório, Th, Z = 90.
• Protactínio, Pa, Z = 91.
• Urânio, U, Z = 92.
• Netúnio, Np, Z = 93.
• Plutônio, Pu, Z = 94.
• Amerício, Am, Z = 95.
• Cúrio, Cm, Z = 96.
• Berquélio, Bk, Z = 97.
• Califórnio, Cf, Z = 98.
• Einstênio, Es, Z = 99.
• Férmio, Fm, Z = 100.
• Mendelévio, Md, Z = 101.
• Nobélio, No, Z = 102.
• Laurêncio, Lr, Z = 103.

Características dos actinídeos

Todos os actinídeos possuem núcleo atômico instável e, por conta disso, são radioativos. Contudo, a maioria dos isótopos desses elementos apresentam um elevado tempo de meia-vida, na faixa de anos a bilhões de anos, com destaque para o tório-232 (1,41 × 10¹⁰ anos), urânio-238 (4,47 × 10⁹ anos) e urânio-235 (7,04 × 10⁸ anos), o que permite a sua obtenção e utilização.

Dos elementos desta série, apenas os quatro primeiros (actínio ao urânio) são encontrados na natureza, sendo que somente tório e urânio ocorrem em quantidades significativas. Os demais são produzidos em laboratório, o que explica o porquê de só terem sido descobertos entre as décadas de 1940 e 1960.

Todos os actinídeos possuem, à exceção do actínio e do tório, elétrons no subnível 5f. O que ocorre é que, no começo da série dos actinídeos, os elétrons apresentam uma menor energia quando alocados no subnível 6d em comparação ao subnível 5f. A partir do protactínio, entretanto, ocorre a inversão energética, onde os elétrons do subnível 5f passam a ter menor energia.

Quanto ao estado de oxidação mais estável, entre Ac e Np, o maior estado de oxidação possível (não necessariamente o mais estável), indica o número total de elétrons dos subníveis 6d e 5f que podem ser removidos. Porém, a partir do Bk, boa parte dos elementos tendem a exibir um único estado de oxidação estável, que é o +3, o que lembra os lantanídeos.

Além da radioatividade, todos os actinídeos são extremamente tóxicos. Por conta disso, o seu manuseio requer diversas precauções, além de locais adequados.

O actínio, na sua forma pura, apresenta-se como um metal macio que brilha no escuro. Rapidamente se oxida na presença do ar, formando o Ac₂O₃. A umidade presente faz também que haja liberação de H₂ a partir de H₂O. O tório é relativamente estável na presença do ar, mas é lentamente atacado pela água e rapidamente por vapores ou ácido clorídrico diluído. Pode reagir com o H₂, formando o hidreto de tório (II), ThH₂, além de reagir com halogênios para formar tetra-halogenetos de tório (de fórmula geral ThX₄), assim como com N₂ e C para formar nitretos e carbetos, respectivamente.

O protactínio é um metal dúctil e maleável, não é corroído pelo ar, mas reage com O₂ (formando Pa₂O₅), H₂ (formando PaH₃) e halogênios (formando espécies como PaI₅, por exemplo) quando aquecido, além de reagir com HF, HCl e H2SO₄ concentrados. O urânio se oxida na presença do ar, além de ser atacado por água e ácidos diluídos, mas não substâncias alcalinas. Com o gás oxigênio, produz inicialmente o UO₂, mas, sob aquecimento, forma o óxido misto U₃O₈ (um óxido misto de UO₂ e UO₃). Algumas reações do urânio, as quais ocorrem mediante aquecimento, são dispostas a seguir:

2 U + 3 H₂ → 2 UH₃

U + F₂ → UF₆

U + Cl₂ → UCl₄ + UCl₅ + UCl₆

O netúnio é um metal muito reativo, o qual rapidamente fica embaçado (sem brilho) na presença de ar. Reage com ácidos diluídos com liberação de H₂, mas não reage com álcalis. O plutônio é um elemento muito perigoso, sendo altamente tóxico. Reage com O₂, vapores e ácidos, mas é inerte na presença de bases. Sob aquecimento, o Pu se combina com diversos ametais, formando compostos como PuH₂, PuH₃, PuCl₃, PuO₂ e Pu₃C₂.

O amerício lentamente se torna embaçado no ar seco, reagindo com vapor e ácidos, além de, mediante aquecimento, formar diversos compostos binários com ametais. É um emissor de partículas alfa e radiação gama intenso. O cúrio se oxida rapidamente na presença do ar, mas apenas pequenas quantidades (inferiores a 20 mg em condições controladas) podem ser manuseadas. O berquélio e o califórnio são muito similares ao cúrio, sendo atacados pelo ar e por ácidos, mas não por bases. Cm, Bk e Cf só podem ser manuseados em laboratórios especializados e em condições controladas.

Veja também: Quais são os halogênios?

Qual a diferença entre actinídeos e lantanídeos?

Os lantanídeos são elementos localizados também no grupo 3 da tabela periódica, mas em um período acima dos actinídeos (sexto período). Também são uma série de 15 elementos que inicia no lantânio (La, Z = 57) e se encerra no lutécio (Lu, Z = 71).

Diferentemente dos actinídeos, os lantanídeos não são elementos radioativos (com exceção do promécio, Pm, Z = 61) e, portanto, são estáveis e encontrados naturalmente. Os lantanídeos são também conhecidos como elementos terras-raras (junto com escândio e ítrio, os outros dois elementos do grupo 3), sendo muito explorados recentemente por conta de seus usos importantes como catalisadores, lasers e ímãs.

Actinídeos na tabela periódica

Os actinídeos estão localizados no grupo 3 da tabela periódica, mais especificamente no sétimo (e último) período desta. Eles estão separados dos demais elementos da tabela, em um arranjo que foi proposto pelo cientista Glenn T. Seaborg, a partir da década de 1930. Esse novo arranjo permitiu que os elementos transactinídeos (Z > 103) fossem alocados no bloco d da classificação periódica.

Ainda se debate, entretanto, qual elemento inicia e encerra os actinídeos. Tradicionalmente, considerou-se o actínio como o elemento do grupo 3 e o tório como o primeiro do bloco f nesse período. Contudo, chegou a ser postulado que o laurêncio, Lr, é quem deveria ocupar a posição de elemento do grupo 3, ocasionando diversas representações para esses elementos em tabelas periódicas.

Para que servem os actinídeos?

Sendo todos os actinídeos radioativos, é óbvio que tais elementos seriam explorados para produção de energia nuclear. Entre eles, destaca-se o urânio, obtido a partir de fontes minerais, como a pechblenda. Para ser propriamente utilizado como combustível nuclear, o urânio deve passar pelo processo de enriquecimento, o qual objetiva o aumento do teor do isótopo físsil ²³⁵U. Em fontes naturais, a presença desse isótopo não passa de 0,7% em massa, porém, exige-se um teor de 3 a 5% de ²³⁵U para que este seja usado como combustível nas usinas nucleares.

A energia do urânio vem de uma reação nuclear de fissão, na qual seu núcleo, mediante o bombardeio causado por um nêutron, rompe-se em núcleos menores e mais nêutrons, com grande liberação de energia. Tais nêutrons produzidos podem buscar novos núcleos de ²³⁵U, mantendo a reação de fissão e aumentando, exponencialmente, a quantidade de energia produzida. Para efeito de comparação, 1,0 grama de gás metano (constituinte majoritário do gás natural) é capaz de produzir 52 kJ de energia na forma de calor, ao passo que 1,0 grama de ²³⁵U é capaz de produzir, aproximadamente, 8,2 × 10⁷ kJ de energia na forma de calor.

Porém, não só para produção de energia essa reação é aproveitada. Os isótopos físseis ²³⁵U e ²³⁹Pu são empregados para a produção de armas nucleares.

O urânio pode ainda ser usado como escudo. Sua forma metálica depletada (²³⁸U, muito pouco radioativa) é extremamente densa (cerca de 19 g cm⁻³), sendo propícia para ser usado para fins militares focando a blindagem de tanques e de projéteis perfurantes.

O óxido de plutônio-238 (IV), ²³⁸PuO₂, é utilizado como uma fonte portátil de geração e armazenamento de energia, o que foi vital para seu uso em missões de exploração espacial. Isso porque é preciso de manutenção constante calor para manter as sondas em funcionamento no frio do espaço. Quando esse composto é formado, ele se aquece sozinho. Uma pequena esfera de 3 cm de diâmetro e 250 g de ²³⁸PuO₂ é capaz de ser uma fonte térmica com potência de 100 W.

A sonda Cassini-Huygens, cuja missão foi lançada em 1997, buscou explorar Saturno e sua lua Titã. A espaçonave Cassini foi equipada com mais de 200 pastilhas de ²³⁸PuO₂, com 150 gramas cada, com três geradores termoelétricos de radioisótopos, onde cada um era capaz de produtos 4400 W de energia térmica em uma temperatura de 1200 a 1300 °C. Termopares presentes foram capazes de converter tal energia térmica em 285 W de eletricidade.

O amerício-241, na forma do seu óxido AmO₂, é empregado em detectores de fumaça. As partículas alfa emitidas por tal elemento são capazes de ionizar o ar entre dois eletrodos, criando-se uma corrente elétrica constante. Contudo, quando a fumaça adentra o detector, as partículas alfa são absorvidas pela fumaça e, dessa forma, ionizam menos o ar, fazendo com que haja uma queda ou interrupção da corrente elétrica, assim, disparando o alarme.

Alguns actinídeos também podem ser empregados como catalisadores, como é o caso do tório, usado na produção industrial de hidrocarbonetos para combustível de motores. O tório é benquisto para o catalisador, já que apresenta grande resistência à desativação por incidência do coque.

Saiba mais: Quantos elementos radioativos existem na tabela periódica?

Exercícios resolvidos sobre actinídeos

Questão 1. (Enem – PPL/2022) Detectores de fumaça baseados em ionização funcionam como se fossem um “nariz eletrônico”, acusando a presença de moléculas incomuns (fumaça) em seu interior. Dentro do aparelho, conforme esquematizado na figura, existe uma câmara de ionização aberta para o ar (1) e preenchida com íons (2) formados pelos choques das moléculas do ar com as partículas emitidas pelo elemento químico amerício 95243Am (3). O amerício expele, no interior da câmara, pequenas partículas radioativas, chamadas partículas alfa, que são núcleos de átomos de 24He. Com o choque, são formados cátions e elétrons, que transitam em direções opostas entre dois eletrodos. Enquanto houver cátions e elétrons se movendo no interior da câmara, uma corrente se estabelece entre os eletrodos no circuito (4) e, por se considerar que tudo está bem, o alarme (5) permanece em silêncio.

Entretanto, se um incêndio acontecer, partículas de fumaça entram no detector e começam a obstruir a câmara de ionização (6). As partículas de fumaça se prendem aos íons, e o circuito no detector acusa essa mudança imediatamente (7), acionando o alarme (8). Assim que o incêndio é controlado, e a fumaça é removida, a câmara de detecção fica limpa, os íons voltam a se deslocar entre os eletrodos como antes, o circuito é desligado e o alarme para de tocar.

O sensor percebe a fumaça quando ela interrompe o(a)

A) fissão nuclear do gás hélio.

B) passagem de corrente elétrica.

C) transmutação das moléculas do ar.

D) decaimento radioativo do amerício.

E) fusão nuclear entre o hélio e o amerício.

Resposta: Letra B.

Como descrito no texto, enquanto houver cátions e elétrons se movimentando no interior da câmara, a corrente elétrica se mantém estabelecida e o alarme permanece em silêncio. A fumaça, entretanto, ao se prender nos íons, interrompe a passagem de corrente elétrica, que faz com que o detector perceba tal alteração e faça acionar o alarme.

Questão 2. (UEA – SIS - 3ª Série/2025-27) As usinas nucleares Angra 1 e Angra 2, no Rio de Janeiro, utilizam o isótopo de urânio-235 como fonte de energia nuclear.

Durante o processo de obtenção de energia, a reação à qual esse isótopo é submetido é estimulada pelo bombardeamento de

A) elétrons, acarretando a fusão nuclear.

B) prótons, acarretando a fusão nuclear.

C) prótons, acarretando a fissão nuclear.

D) nêutrons, acarretando a fusão nuclear.

E) nêutrons, acarretando a fissão nuclear.

Resposta: Letra E.

O urânio-235 é um isótopo físsil, de modo que sua fissão nuclear é iniciada pela atuação de um nêutron, que instabiliza seu núcleo e o faz se romper em núcleos menores com grande liberação de energia, em um processo conhecido como fissão nuclear.

Fontes

COTTON, S. Lanthanide and Actinide Chemistry. 1ª ed. Nova Iorque, Estados Unidos: John Wiley & Sons, 2006.

COMISSION ON ISOTOPIC ABUNDANCES AND ATOMIC WEIGHTS – CIAAW. Radioactive Elements. CIAAW – IUPAC. Disponível em: https://ciaaw.org/radioactive-elements.htm

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

KEOGH, D., W. Actinides: Inorganic & Coordination Chemistry. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry. 2. ed. Wiley: Nova Jersey, 2005.