Plutonio
El plutonio es un elemento químico radiactivo de símbolo Pu y número atómico 94. Es un metal actínido de aspecto gris plateado que se deslustra al exponerse al aire y forma una capa opaca cuando se oxida. Normalmente presenta seis formas alotrópicas y cuatro estados de oxidación.
Identidad
- Masa atómica
- [244] u
- Categoría
- Actínidos
- Grupo
- 3
- Periodo
- 7
- Bloque
- f
- Estado(s) de oxidación
- +3, +4, +5, +6
- Fase (25 °C)
- Sólido
- Apariencia
- blanco plateado, se oscurece a gris en el aire
Estructura electrónica
- Configuración
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f6
- Configuración abreviada
- [Rn] 5f6 7s2
- Electrones por capa
- 2, 8, 18, 32, 24, 8, 2
- Electronegatividad (Pauling)
- 1.28
- Afinidad electrónica
- -48.3 kJ/mol
- 1.ª energía de ionización
- 585 kJ/mol
Propiedades físicas
- Punto de fusión
- 639.4 °C (913 K)
- Punto de ebullición
- 3231.8 °C (3505 K)
- Densidad
- 19.816 g/cm³
- Calor molar
- 35.5 J/(mol·K)
Comportamiento químico del plutonio
El plutonio tiene seis electrones externos ([Rn] 5f⁶ 7s²) y presenta estados +3, +4, +5 y +6, con el +4 como el más estable en disolución. Su electronegatividad es baja (1,28) y es denso, quebradizo y radiactivo: calienta sus propios compuestos y cambia de fase con la temperatura. Sus disoluciones tiñen de azul a rosa según el estado; el Pu-238 brilla por calor.
Reactividad
4 Pu + 3 O₂ → 2 Pu₂O₃
En aire se empaña con rapidez hasta PuO₂, verde oliva, la forma cerámica de RTG y MOX. El polvo fino puede arder espontáneamente.
Pu + 4 HF → PuF₄ + 2 H₂
Con fluorhídrico da tetrafluoruro, precursor del metal por reducción con calcio y de blancos para isótopos espaciales.
PuO₂ + 4 HNO₃ → Pu(NO₃)₄ + 2 H₂O
El dióxido se disuelve en nítrico concentrado para PUREX: así se separa el plutonio del uranio y los productos de fisión.
²³⁸Pu → ²³⁴U + α + calor
El Pu-238 decae emitiendo alfas y 0,56 W/g de calor estable durante décadas: la pila que alimenta Voyager y Perseverance.
Compuestos destacados
| Compuesto | Fórmula | Uso o importancia |
|---|---|---|
| Dióxido de plutonio-238 | ²³⁸PuO₂ | RTG de sondas y rovers |
| Combustible MOX | UO₂-PuO₂ | Reciclado en reactores |
| Tetrafluoruro de plutonio | PuF₄ | Obtención del metal |
| Nitrato de plutonio | Pu(NO₃)₄ | Reprocesado PUREX |
| Aleación Pu-Ga | Pu-Ga | Estabilización de fase militar |
Representación de la distribución electrónica por niveles
Ver en el constructor de átomosIsótopos
Ningún isótopo del plutonio es estable. El plutonio-239 (²³⁹Pu, 24.100 años) es fisible y alimenta armas y MOX. El plutonio-238 (²³⁸Pu, 87,7 años) genera calor para el espacio. El plutonio-240, 241 y 242 acompañan el combustible gastado y complican su manejo por neutrones y calor.
Presencia y obtención
Apenas existe en la naturaleza: solo trazas por captura neutrónica en uranio. Todo el plutonio útil nace en reactores, cuando el U-238 captura neutrones y decae vía Np-239 a Pu-239. Se separa del combustible gastado por reprocesamiento nuclear: cada tonelada contiene unos 10 kg. El Pu-238 espacial se cría desde Np-237.
Historia y origen del nombre
Glenn Seaborg y su equipo lo sintetizaron en 1940 bombardeando uranio con deuterones en Berkeley y lo llamaron plutonio, por Plutón, tras Neptuno: el siguiente planeta y el siguiente elemento. El Pu-239 alimentó Nagasaki y el reactor de Chicago; el Pu-238 calienta Voyager desde 1977.
Aplicaciones y relevancia del plutonio
Usos del elemento
Como Pu-238 en pastillas cerámicas alimenta RTG que dan cientos de vatios durante décadas a Voyager, Cassini y Perseverance. Como Pu-239 forma el núcleo de armas y, diluido, el MOX de reactores franceses y japoneses.
Usos de sus compuestos
El dióxido cerámico encapsulado resiste reentradas sin dispersarse; el MOX recicla excedentes militares a electricidad. Los nitratos calibran salvaguardias del OIEA.
Salud, seguridad y medio ambiente
Papel biológico
No tiene función biológica y es muy radiotóxico: inhalado se fija en pulmón, hueso e hígado con periodo biológico de décadas. Un microgramo inhalado eleva el riesgo de cáncer pulmonar.
Seguridad
Se manipula solo en instalaciones nucleares, en cajas de guantes inertes con blindaje y monitores. El polvo es pirofórico y los neutrones del Pu-240 exigen blindaje adicional. No existe en productos de consumo.
Medio ambiente
Los excedentes militares y el combustible gastado se vitrifican o almacenan en seco bajo salvaguardias. Cada RTG espacial viaja certificado contra dispersión. Su gestión condiciona almacenes geológicos a decenas de miles de años.
Preguntas frecuentes sobre el Plutonio
¿Para qué se usa el plutonio-238 en el espacio?
El plutonio-238 se emplea en generadores termoeléctricos de radioisótopos, que convierten el calor de su desintegración en electricidad. Estos sistemas alimentan sondas, rovers y observatorios que operan demasiado lejos del Sol para depender de paneles solares. Su calor es estable durante décadas, lo que permite misiones de larga duración. Se utiliza en forma de óxido cerámico encapsulado, diseñado para reducir riesgos en caso de accidente.
¿Es peligroso el plutonio?
Sí. El plutonio es radiactivo y tóxico, especialmente cuando se inhala en forma de partículas finas, porque puede depositarse en los pulmones y acumularse en huesos e hígado. Su radiación alfa apenas penetra la piel, pero es muy dañina si el material entra en el organismo. Por ello, su manipulación exige contención, blindaje, ventilación y protocolos estrictos de radioprotección.
¿Se usa plutonio en centrales nucleares?
Sí, aunque no es el combustible principal en la mayoría de países. El plutonio generado en reactores puede permanecer en el combustible gastado o recuperarse mediante reprocesamiento. En algunos países se utiliza en combustible MOX, una mezcla de óxidos de uranio y plutonio, para producir electricidad. Su uso depende de la política energética, la capacidad de reprocesamiento y la regulación nuclear de cada país.
¿Qué es el combustible MOX?
El combustible MOX es una mezcla de óxidos de uranio y plutonio utilizada en algunos reactores nucleares. Permite reutilizar plutonio recuperado del combustible gastado y reducir la cantidad de plutonio almacenado como residuo. Aunque puede generar electricidad, su fabricación y manejo son complejos porque el plutonio es fisible y radiotóxico. Su uso está limitado a países con infraestructura de reprocesamiento y regulación nuclear avanzada.
¿Qué diferencia hay entre plutonio-238 y plutonio-239?
El plutonio-238 emite principalmente radiación alfa y genera calor estable, por lo que se usa en baterías nucleares y misiones espaciales. El plutonio-239 es fisible: puede mantener una reacción en cadena y se emplea en armas nucleares y en algunos combustibles o programas de reprocesamiento. Además, el plutonio-238 tiene una vida media de unos 88 años, mientras que la del plutonio-239 es de unos 24.100 años.
¿De dónde se obtiene el plutonio?
El plutonio se produce principalmente en reactores nucleares, cuando el uranio-238 absorbe neutrones y se transforma en plutonio-239. Después puede separarse del combustible gastado mediante reprocesamiento químico, como el proceso PUREX. El plutonio-238, usado en el espacio, se obtiene mediante rutas nucleares específicas a partir de neptunio-237 u otros materiales irradiados.
¿Por qué se usó plutonio en marcapasos?
El plutonio-238 genera calor constante durante décadas, y ese calor podía convertirse en electricidad mediante un generador termoeléctrico. Esto permitió fabricar marcapasos nucleares con una autonomía muy superior a las baterías de la época. Sin embargo, fueron sustituidos por baterías de litio más seguras, ligeras y fáciles de gestionar. Los marcapasos con plutonio que aún existen requieren un seguimiento y una eliminación radiológica especiales.
Principales fuentes consultadas: PubChem, Royal Society of Chemistry, NIST, IUPAC. Última revisión: noviembre de 2026.