CAPÍTULO X. PRODUCTOS DE TRANSFORMACIÓN DEL URANIO, EL TORIO Y EL ACTINIO.

205. En el último capítulo se ha considerado la teoría matemática de los cambios sucesivos. Los resultados allí obtenidos se aplicarán ahora para explicar los fenómenos radiactivos observados con el uranio, el torio, el actinio, el radio y sus productos.

# Productos de transformación del Uranio.

Se ha demostrado en las secciones 127 y 129 que un constituyente radiactivo, el Ur X, puede separarse del uranio mediante varios procesos diferentes. La actividad del Ur X separado decae con el tiempo y se reduce a la mitad en unos 22 días. Al mismo tiempo, el uranio del cual se ha separado el Ur X recupera gradualmente su actividad perdida. Las leyes de decaimiento del Ur X y de la recuperación de la actividad perdida del uranio se expresan mediante las ecuaciones

y

donde λ es la constante radiactiva del Ur X. La sustancia Ur X se produce a partir del uranio a una velocidad constante, y la radiactividad constante observada en el uranio representa un estado de equilibrio, en el que la velocidad de producción de nueva materia activa se equilibra con la velocidad de cambio del Ur X ya producido.

Los procesos radiactivos que tienen lugar en el uranio presentan varios puntos de diferencia respecto a los procesos que ocurren en el torio y el radio. En primer lugar, el uranio no emite ninguna emanación y, en consecuencia, no produce ninguna actividad inducida en los cuerpos.

Hasta ahora solo se ha observado un producto activo, el Ur X, en el uranio.

Este producto activo, el Ur X, se diferencia del Th X y de las emanaciones en que su radiación consiste casi en su totalidad en rayos $\beta$.

Esta peculiaridad de las radiaciones del Ur X condujo inicialmente a cierta confusión en la interpretación de las observaciones sobre el Ur X y el uranio del cual había sido separado.

Al ser examinado por el método fotográfico, el uranio liberado del Ur X no mostró actividad, mientras que el Ur X la poseía en un grado intenso.

Con el método eléctrico, por otra parte, los resultados obtenidos fueron exactamente los inversos. El uranio liberado del Ur X mostró muy poca pérdida de actividad, mientras que la actividad del Ur X era muy pequeña.

La explicación de estos resultados fue dada por Soddy¹ y por Rutherford y Grier². Los rayos α del uranio son fotográficamente casi inactivos, pero producen la mayor parte de la ionización en el gas. Los rayos β, por otra parte, producen una fuerte acción fotográfica, pero muy poca ionización en comparación con los rayos α.

Cuando el Ur X se separa del uranio, al principio el uranio no emite ningún rayo β. Con el tiempo se produce Ur X nuevo a partir del uranio, y los rayos β empiezan a aparecer, aumentando gradualmente en intensidad hasta alcanzar el valor original que mostraban antes de la separación del Ur X.

Para determinar las curvas de recuperación del uranio tras la separación del Ur X, era por tanto necesario medir la velocidad de aumento de los rayos $\beta$. Esto se hizo cubriendo el uranio con una capa de aluminio de suficiente espesor para absorber todos los rayos $\alpha$, y midiendo después la ionización debida a los rayos en un aparato similar a la Fig. 17.

El uranio no se ha obtenido todavía inactivo al ser analizado por el método eléctrico. Becquerel⟭fn:fn_3d7076587b71:3⟭ ha afirmado que pudo obtener uranio inactivo, pero en sus experimentos el uranio estaba cubierto con una capa de papel negro, la cual absorbería por completo los rayos $\alpha$. No hay evidencia de que la radiación $\alpha$ del uranio haya sido alterada, ni en su carácter ni en su cantidad, por ningún tratamiento químico. Los rayos $\alpha$ parecen ser inseparables del uranio, y más adelante se demostrará que tanto el torio y el radio como el uranio también poseen una actividad no separable que consiste enteramente en rayos $\alpha$. Los cambios que ocurren en el uranio deben considerarse entonces de dos tipos: (1) el cambio que da origen a los rayos $\alpha$ y al producto Ur X, (2) el cambio que da origen a los rayos $\beta$ provenientes de Ur X.

La posibilidad de separar el Ur X, que da origen a los rayos $\beta$ del uranio, muestra que los rayos $\alpha$ y $\beta$ se producen de forma totalmente independiente el uno del otro, y por materia de diferentes propiedades químicas.

Siguiendo las consideraciones generales tratadas en la sección 136, podemos suponer que cada segundo algunos de los átomos de uranio —una fracción muy minúscula del número total presente será suficiente— se vuelven inestables y se desintegran, expulsando una partícula $\alpha$ con gran velocidad. El átomo de uranio, menos una partícula $\alpha$, se convierte en el átomo de la nueva sustancia, Ur X. A su vez, esta es inestable y se desintegra con la expulsión de la partícula $\beta$ y la aparición de un rayo $\gamma$.

Los cambios que ocurren en el uranio se muestran gráficamente en la

Fig. 77.

Según este punto de vista, la actividad de los rayos $\alpha$ del uranio debería ser una propiedad inherente del uranio, y no debería poder separarse de él por medios físicos o químicos. La actividad de los rayos $\beta$ y $\gamma$ del uranio es una propiedad del Ur X, que difiere en sus propiedades químicas de la sustancia madre y puede ser eliminada por completo de ella en cualquier momento. El producto final, tras la desintegración del Ur X, es tan levemente activo que su actividad aún no ha sido observada. Veremos más adelante (capítulo XIII.) que hay ciertas razones para creer que los cambios en el uranio no terminan en este punto, sino que continúan a través de una o más etapas, dando lugar finalmente al radio, o en otras palabras, que el radio es un producto de la desintegración del átomo de uranio.

Meyer y Schweidler⁴, en un artículo reciente, afirman que la actividad debida a las preparaciones de uranio aumenta un tanto en un recipiente cerrado. Sin embargo, al retirar el uranio, no se observó ninguna actividad residual. Consideran que este efecto puede deberse a una emanación de vida muy corta emitida por el uranio.

206. Efecto de la cristalización sobre la actividad del uranio.

Meyer y Schweidler⁵ observaron recientemente que el nitrato de uranio, tras ciertos métodos de tratamiento, mostraba variaciones notables en su actividad, medida mediante los rayos $\beta$. La actividad de los rayos $\alpha$, por otro lado, permanecía inalterada.

Se disolvió algo de nitrato de uranio en agua y luego se agitó con éter, separando la fracción de éter. Los primeros experimentos de Crookes demostraron que, mediante este método, el uranio en la porción de éter era fotográficamente inactivo.

Esto se explica sencillamente suponiendo que el uranio X es insoluble en el éter y, por consiguiente, permaneció en la fracción acuosa. La fracción de éter recuperó gradualmente su actividad de rayos $\beta$ a la velocidad normal que cabría esperar si el uranio X fuera producido por el uranio a un ritmo constante, ya que recuperó la mitad de su actividad final en unos 22 días.

Parte del uranio en la fracción acuosa fue cristalizado y colocado bajo un electroscopio. La actividad de los rayos β disminuyó rápidamente al principio hasta la mitad de su valor en el transcurso de cuatro días. La actividad permaneció entonces constante, y no se observó ningún cambio posterior durante un intervalo de un mes.

Otros experimentos se hicieron con cristales de nitrato de uranio, los cuales no habían sido tratados con éter. El nitrato se disolvió en agua y se separó una capa de cristales. La actividad de rayos $\beta$ de estos cristales disminuyó rápidamente al principio, variando algo la velocidad en los diferentes experimentos, pero alcanzó un valor mínimo al cabo de unos cinco días. La actividad de rayos $\beta$ volvió a subir después a un ritmo lento durante varios meses.

La rápida caída de la actividad de los cristales parecía, a primera vista, indicar que la cristalización era capaz de alterar de algún modo la actividad del uranio.

El Dr. Godlewski, trabajando en el laboratorio del autor, repitió el trabajo de Meyer y Schweidler, y obtuvo resultados de un carácter similar, pero se observó que la caída inicial de actividad variaba tanto en velocidad como en cantidad en diferentes experimentos.

Estos resultados fueron al principio muy desconcertantes y difíciles de explicar, pues la lejía madre, que quedaba tras la extracción de los cristales, no mostraba el aumento inicial correspondiente, lo que cabría esperar si la variación de actividad se debiera a la separación parcial de algún nuevo producto del uranio.

La causa de este efecto se hizo, sin embargo, muy evidente mediante unos pocos experimentos bien meditados realizados por Godlewski. El nitrato de uranio se disolvió en agua caliente en una placa plana y se dejó cristalizar bajo el electroscopio.

Hasta el momento de la cristalización, la actividad de los rayos $\beta$ permaneció constante, pero tan pronto como los cristales comenzaron a formarse en el fondo de la solución, la actividad de los rayos $\beta$ aumentó rápidamente en el transcurso de unos pocos minutos hasta alcanzar cinco veces el valor inicial. Tras alcanzar un máximo, la actividad disminuyó muy gradualmente de nuevo hasta el valor normal.

Si, sin embargo, la placa de cristales se invertía, se encontraba que la actividad de los rayos $\beta$ era al principio mucho menor que la normal, pero aumentaba tan rápido como disminuía la del otro lado.

La explicación de este efecto es sencilla. El uranio X es muy soluble en agua y, al principio, no cristaliza con el uranio, sino que permanece en la disolución y, por consiguiente, cuando la cristalización comienza en el fondo del vaso, la capa superior de líquido se enriquece más en uranio X.

Dado que los rayos $\beta$ provienen únicamente del producto uranio X y no del uranio mismo, y el uranio X se concentra principalmente en la capa superior, escapa una proporción mucho mayor de rayos $\beta$ que si el uranio X estuviera distribuido uniformemente por toda la capa gruesa de uranio.

Cuando la cantidad de agua añadida es justa para suministrar el agua de cristalización, el uranio X de la capa superior de cristales se difunde gradualmente de vuelta a través de la masa y, como consecuencia, la actividad de la superficie superior disminuye y la de la inferior aumenta.

Una explicación similar se aplica a los efectos observados por Meyer y Schweidler.

La fracción acuosa, separada tras el tratamiento con éter, contenía todo el Ur X. La primera capa de cristales formada en ella contenía algo de Ur X, y este se limitaba en su mayor parte a la capa superior de cristales. La cantidad de rayos β disminuyó al principio debido a la difusión gradual del Ur X desde la superficie.

En el primer experimento, la cantidad de Ur X presente se encontraba en equilibrio radiactivo con el uranio y, tras la caída inicial, la actividad de los rayos β permaneció constante.

En el segundo experimento, el aumento gradual se debe al hecho de que los cristales de uranio formados en primer lugar contenían menos de la cantidad de equilibrio de Ur X. Tras descender hasta un mínimo, la actividad de los rayos β, en consecuencia, volvió a subir lentamente hasta alcanzar el valor de equilibrio.

Estos efectos presentados por el uranio son de gran interés, e ilustran de manera sorprendente la diferencia en las propiedades del Ur X y del uranio. La difusión gradual del Ur X a través de la masa de cristales es digna de mención. Mediante mediciones de la variación con el tiempo de la actividad de los rayos β, debería ser posible deducir su velocidad de difusión en la masa cristalizada.

Productos de transformación del Torio.

207. Análisis del depósito activo.

Los procesos radiactivos que ocurren en el torio son mucho más complicados que los del uranio. Ya se ha demostrado en el capítulo vi que se produce continuamente un producto radiactivo, el Th X, a partir del torio.

Este Th X se desintegra, dando lugar a la emanación radiactiva. La emanación produce a partir de sí misma un tipo de materia activa que se deposita en la superficie de los cuerpos, donde da origen a los fenómenos de actividad excitada o inducida. Este depósito activo posee algunas propiedades químicas y físicas distintivas que lo diferencian de la emanación y del Th X.

Hemos visto (sección 180) que la velocidad a la que el depósito activo pierde su actividad depende del tiempo de exposición a la emanación del cuerpo vuelto activo. A continuación se considerará la explicación de las curvas de actividad para los diferentes tiempos de exposición.

La curva de variación de actividad para una exposición corta de 10 minutos ya ha sido dada en la Fig. 65. La actividad es pequeña al principio, pero aumenta rápidamente con el tiempo; pasa por un máximo unas 4 horas después y finalmente decrece exponencialmente con el tiempo, cayendo a la mitad de su valor en 11 horas.

Este notable efecto puede explicarse por completo⁶ si se supone que el depósito activo consta de dos sustancias distintas. Se supone que la materia inicialmente depositada a partir de la emanación, que se denominará torio A, se transforma en torio B.

El torio A se transforma de acuerdo con la ley exponencial ordinaria, pero el cambio no está acompañado por ningún rayo ionizante. En otras palabras, el cambio de A a B es un cambio «sin rayos». Por otro lado, B se desintegra en C con el acompañamiento de los tres tipos de rayos. Desde este punto de vista, la actividad del depósito activo en cualquier momento representa la cantidad de la sustancia B presente, ya que C es inactivo o activo en un grado muy minúsculo.

Si la variación de la actividad impartida a un cuerpo expuesto durante un breve intervalo en presencia de la emanación del torio se debe a que hay dos cambios sucesivos en la materia depositada A, el primero de los cuales es un cambio «sin rayos», la actividad I_t en cualquier momento t después de la retirada debería ser proporcional al número Q_t de partículas de la materia B presentes en ese momento. Ahora bien, a partir de la ecuación (4) de la sección 197, se ha demostrado que

El valor de Q_t pasa por un máximo Q_T en el instante T cuando

La actividad máxima I_T es proporcional a Q_T y

Más adelante se demostrará que la variación con el tiempo de la actividad, impartida a un cuerpo por una exposición breve, se expresa mediante una ecuación de la forma anterior. Por lo tanto, queda por fijar los valores de λ₁, λ₂.

Dado que la ecuación anterior es simétrica con respecto a λ₁, λ₂, no es posible determinar a partir de la concordancia entre la curva teórica y la experimental qué valor de λ corresponde al primer cambio. La curva de variación de la actividad con el tiempo no se altera si se intercambian los valores de λ₁ y λ₂.

Se encuentra experimentalmente que la actividad a las 5 o 6 horas de la retirada decae de forma muy aproximada según una ley exponencial con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 11 horas. Esta es la velocidad normal de decaimiento del torio para todos los tiempos de exposición, siempre que las mediciones no comiencen hasta varias horas después de la retirada del cuerpo activo de la emanación.

Esto fija el valor de las constantes de uno de los cambios.

Supongamos por el momento que esto da el valor de λ₁.

Dado que la actividad máxima se alcanza después de un intervalo T = 220 minutos (véase la Fig. 65), sustituyendo los valores de λ₁ y T en la ecuación, el valor de λ₂ resulta ser

Este valor de λ₂ corresponde a un cambio en el cual la mitad de la materia se transforma en 55 minutos.

Sustituyendo ahora los valores de λ₁, λ₂, T, la ecuación se reduce a

La concordancia entre los resultados de la ecuación teórica y los valores observados se muestra en la siguiente tabla:

Después de 5 horas, la actividad disminuyó casi exponencialmente con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 11 horas.

De este modo se observa que la curva de aumento de la actividad para una exposición corta se explica de manera muy satisfactoria sobre la suposición de que se producen dos cambios en la materia depositada, de los cuales el primero es un cambio sin radiación.

Se requieren más datos para determinar cuál de las constantes de tiempo de los cambios se refiere al primer cambio. Para resolver este punto, es necesario aislar uno de los productos de los cambios y examinar la variación de su actividad con el tiempo.

Si, por ejemplo, se puede separar un producto cuya actividad disminuye a la mitad en 55 minutos, esto demostraría que el segundo cambio es el más rápido de los dos.

Ahora bien, Pegram⁷ ha examinado los productos radiactivos obtenidos mediante la electrólisis de disoluciones de torio. Las tasas de desintegración de los productos activos dependían de las condiciones, pero descubrió que, en varios casos, se obtenían productos de desintegración rápida cuya actividad se reducía a la mitad en aproximadamente 1 hora.

Teniendo en cuenta la probabilidad de que el producto examinado no estuviera completamente aislado por la electrólisis, sino que contuviera también un rastro del otro producto, este resultado indicaría que el último cambio que da lugar a los rayos es el más rápido de los dos.

Este punto queda puesto muy claramente de manifiesto por unos experimentos recientes de la señorita Slater⁸, quien ha realizado un examen detallado del efecto de la temperatura sobre el depósito activo del torio.

Un hilo de platino fue activado mediante exposición durante un largo intervalo a la emanación del torio, y luego se calentó durante unos minutos a cualquier temperatura deseada por medio de una corriente eléctrica. El hilo, mientras era calentado, estuvo rodeado por un cilindro de plomo para que cualquier materia desprendida de él fuera recogida en su superficie. La disminución de la actividad tanto del hilo como del cilindro de plomo se comprobó entonces por separado.

Después de calentar a un rojo oscuro, no se observó al principio ninguna disminución perceptible de la actividad, pero se descubrió que la velocidad de decaimiento de la actividad en el hilo era más rápida que la normal. La actividad del cilindro de plomo fue pequeña al principio, pero aumentó hasta un máximo después de unas 4 horas y luego decayó con el tiempo a la velocidad normal.

Estos resultados son de esperar si algo de torio A se volatiliza del hilo metálico; pues el aumento de actividad en el cilindro de plomo es muy similar al observado en un hilo expuesto durante un corto tiempo en presencia de la emanación de torio, es decir, bajo la condición de que solo el torio A esté presente inicialmente.

Al calentar el hilo por encima de los 700° C, se observó que la actividad se reducía, lo que demostraba que también se había eliminado algo de torio B. Mediante el calentamiento durante unos minutos a unos 1000° C, se expulsó casi todo el torio A. La actividad en el hilo decayó entonces exponencialmente con el tiempo, reduciéndose a la mitad en aproximadamente 1 hora.

Después de calentar durante un minuto a unos 1200° C, toda la actividad quedó eliminada. Estos resultados muestran que el torio A es más volátil que el B, y que el producto que emite rayos, es decir, el torio B, tiene un período de unas 55 minutos.

Otra serie de experimentos fue realizada, en la cual se colocó un disco de aluminio activo en un tubo vacío, y se expuso a la descarga de rayos catódicos. Bajo estas condiciones, una parte de la actividad del disco fue eliminada. Cuando el disco se hizo ánodo, la pérdida de actividad fue usualmente de 20 a 60 por ciento para una exposición de media hora. Si el disco se hacía cátodo, la pérdida era mucho mayor, alcanzando aproximadamente un 90 por ciento en 10 minutos.

Parte de la materia activa eliminada del disco se acumuló en un segundo disco colocado cerca de este. Este segundo disco, al retirarlo, perdió su actividad a un ritmo mucho más rápido que el normal. El ritmo de decaimiento en el primer disco también se alteró, llegando a veces la actividad incluso a aumentar después de la extracción. Estos resultados indican que, en este caso, la aparente volatilidad de los productos se invierte. El torio B es expulsado del disco con mayor facilidad que el torio A. Los ritmos de decaimiento obtenidos bajo diferentes condiciones se explicaron satisfactoriamente suponiendo que las superficies de los discos, tras la exposición a la descarga, estaban recubiertas con diferentes proporciones de torio A y B.

El escape de torio B del disco bajo la influencia de la descarga parece ser más bien el resultado de una acción similar a la bien conocida «pulverización catódica» (sputtering) de los electrodos que de una influencia directa de la temperatura.

Los resultados obtenidos por von Lerch⁹ sobre la electrólisis de una solución del depósito activo también admiten una interpretación similar.

Se obtuvieron productos en los electrodos con diferentes tasas de descomposición, perdiendo la mitad de su actividad en tiempos que varían desde aproximadamente 1 hora hasta 5 horas. Esta variación se debe a la mezcla de los dos productos en diferentes proporciones.

Por lo tanto, las pruebas, en su conjunto, respaldan firmemente la conclusión de que el depósito activo del torio experimenta dos transformaciones sucesivas de la siguiente manera:

(1) Un cambio "sin rayos" para el cual λ₁ = 1·75 × 10^-5, es decir, en el cual la mitad de la materia se transforma en 11 horas;

(2) Un segundo cambio que da origen a los rayos $\alpha$, $\beta$ y $\gamma$, para el cual ${\lambda }_2=2,08\times {10}^{-4}$, es decir, en el cual la mitad de la materia se transforma en 55 minutos¹⁰.

Es, a primera vista, un resultado algo inesperado que la velocidad final de desintegración del depósito activo del torio dé la velocidad de cambio no del último producto en sí, sino del producto precedente, el cual no da lugar a rayos en absoluto.

Una peculiaridad similar se observa en el decaimiento de la actividad excitada del actinio, que se analiza en la sección 212.

Para una exposición larga en presencia de un suministro constante de emanación de torio, la ecuación que expresa la variación de la actividad con el tiempo se encuentra a partir de la ecuación (8), sección 198,

Al cabo de unas 5 horas de la extracción, el segundo término entre corchetes se vuelve muy pequeño, y la actividad posterior a ese tiempo decaerá casi según una ley exponencial con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 11 horas.

Para cualquier tiempo de exposición T, la actividad en el tiempo t posterior a la extracción (véase la ecuación 11, sección 199) viene dada por

donde I₀ es el valor inicial de la actividad, inmediatamente después de la retirada, y

Por variación de T, las curvas de variación de la actividad para cualquier tiempo de exposición pueden deducirse con precisión a partir de la ecuación, cuando se sustituyen los valores de las dos constantes λ₁, λ₂.

La señorita Brooks¹¹ ha examinado las curvas de descomposición de la actividad inducida para el torio en diferentes tiempos de exposición y ha observado una concordancia sustancial entre la experiencia y la teoría.

Los resultados se muestran gráficamente en la Fig. 78. El valor máximo de la actividad se toma como 100 para cada tiempo de exposición.

Los valores teóricos y observados se muestran en la Figura.

208. Análisis de las curvas de decaimiento y recuperación del Th X.

Las peculiaridades de las porciones iniciales de las curvas de decaimiento y recuperación del Th X y del torio respectivamente (Curvas A y B, Fig. 47, p. 221), serán consideradas ahora. Se demostró que cuando el Th X se separaba del torio por precipitación con amoníaco, la radiación aumentaba alrededor de un 15 por ciento durante el primer día, pasaba por un máximo y luego disminuía de acuerdo con una ley exponencial, decayendo a su valor medio en cuatro días. Al mismo tiempo, la actividad del hidróxido separado disminuía durante el primer día, pasaba por un mínimo y luego aumentaba de nuevo lentamente, elevándose hasta su valor original transcurrido aproximadamente un mes.

Cuando un compuesto de torio se encuentra en un estado de equilibrio radiactivo, la serie de cambios en los cuales se producen el Th X, la emanación y los torios A y B, transcurren simultáneamente. Dado que se ha alcanzado un estado de equilibrio para cada uno de estos productos, la cantidad de cada producto que experimenta cambios por unidad de tiempo es igual a la cantidad de dicho producto suministrada por el cambio precedente por unidad de tiempo.

Ahora bien, la sustancia Th X es soluble en amoníaco, mientras que los torios A y B no lo son. El Th X se separa así del torio mediante precipitación con amoníaco, pero el A y el B se quedan atrás junto con el torio. Dado que el depósito activo se produce a partir de la emanación, la cual a su vez surge del Th X, al eliminar la sustancia madre Th X, la radiación debida a este depósito activo decaerá, ya que la velocidad de producción de materia nueva ya no equilibra su propia velocidad de cambio.

Despreciando la irregularidad inicial en la curva de decaimiento del depósito activo, su actividad habrá decaído a la mitad en aproximadamente 11 horas, y a la cuarta parte al cabo de 22 horas.

Tan pronto como se ha separado el Th X, sin embargo, se produce nuevo Th X en el compuesto de torio. La actividad de este nuevo Th X no es, no obstante, suficiente para compensar al principio la pérdida de actividad debida al cambio en el depósito activo, de modo que, en conjunto, la actividad al principio disminuirá, luego pasará por un mínimo y después volverá a aumentar.

La corrección de este punto de vista ha sido comprobada por Rutherford y Soddy¹² de la siguiente manera:

Si el hidróxido de torio precipitado, tras la eliminación del Th X, se somete a una serie de precipitaciones con amoníaco a cortos intervalos, el Th X se elimina casi tan rápido como se forma y, al mismo tiempo, decae la actividad del torio B en el torio.

La siguiente tabla indica los resultados obtenidos.

Una porción del hidróxido precipitado fue retirada después de cada serie de precipitaciones y su actividad se probó de la manera habitual.

Las diferencias en los últimos tres números no son significativas, ya que resulta difícil hacer comparaciones precisas de la actividad de los compuestos de torio que han sido precipitados bajo condiciones ligeramente diferentes.

Se observa así que, como resultado de precipitaciones sucesivas, la actividad se reduce a un mínimo de aproximadamente el 25 por ciento. La curva de recuperación de la actividad de este hidróxido precipitado 23 veces se muestra en la Fig. 79.

La caída inicial en la curva está completamente ausente y la curva, partiendo del mínimo, es prácticamente idéntica a la curva mostrada en la Fig. 48, que presenta la curva de recuperación del hidróxido de torio después de los primeros dos días.

Esta actividad residual —aproximadamente el 25 por ciento del máximo— es inseparable del torio mediante cualquier proceso químico que se haya probado.

Se considerará ahora el aumento inicial de la actividad del Th X, después de haber sido separado. En todos los casos se encontró que la actividad del Th X separado había aumentado alrededor de un 15 por ciento al cabo de 24 horas, y luego decaía constantemente, reduciéndose a la mitad de su valor en unos cuatro días.

Esta peculiaridad de la curva del Th X se deriva, necesariamente, de las consideraciones ya expuestas para explicar el descenso de la curva de recuperación.

Tan pronto como el Th X es separado, produce inmediatamente de sí mismo la emanación, y esta a su vez produce torio A y B. La actividad debida al B compensa al principio, con creces, el decaimiento de la actividad del propio Th X.

La actividad total aumenta así hasta un máximo, y luego decae lentamente hasta cero según una ley exponencial con el tiempo. La curva que expresa la variación de la actividad del Th X separado con el tiempo se puede deducir de la teoría de los cambios sucesivos ya considerada en el capítulo IX.

En el presente caso se producen cuatro cambios sucesivos al mismo tiempo, a saber: el cambio del Th X en la emanación, de la emanación en torio A, de A en B, y de B en un producto inactivo.

Como, sin embargo, el cambio de la emanación en torio A (cuyo cambio es de aproximadamente la mitad en un minuto) es mucho más rápido que los cambios que ocurren en el Th X o en el torio A y B, para los fines del cálculo se puede suponer sin error grave que el Th X se transforma de inmediato en el depósito activo. El cambio de 55 minutos también se pasará por alto por la misma razón.

Sean λ₁ y λ₂ las constantes de desintegración de la actividad del Th X y del torio A, respectivamente. Dado que la actividad del Th X y del torio A disminuye a su valor mitad en 4 días y 11 horas respectivamente, el valor de λ₁ = ·0072 y el de λ₂ = ·063, tomando 1 hora como unidad de tiempo.

El problema se reduce a lo siguiente: Dada la sustancia A (torio X) toda de una misma clase, que se transforma en B (torio B), hallar la actividad de A y B juntas en cualquier momento posterior.

Esto corresponde al Caso I. (sección 197). La cantidad Q de B en cualquier momento T viene dada por

y la actividad I en cualquier momento de las dos juntas es proporcional a λ₁P + Kλ₂Q, donde K es la relación de la ionización de B en comparación con la de A.

Entonces

donde I₀ es la actividad inicial debida a n₀ partículas de Th X.

Mediante la comparación de esta ecuación con la curva de variación de la actividad del Th X con el tiempo, mostrada en la Fig. 47, se encuentra que K es casi ·44. Debe recordarse que la actividad de la emanación y del Th X se incluyen juntas, de modo que la actividad del torio B es aproximadamente la mitad de la actividad de los dos productos precedentes.

Los valores calculados de I_t/I₀ para diferentes valores de t se muestran en la segunda columna de la siguiente tabla, y los valores observados en la tercera columna.

Los valores teóricos y observados coinciden así dentro del límite de error de las mediciones. La curva teórica se muestra en la curva A, Fig. 80 (con los puntos observados marcados, para comparación). La curva B muestra la curva teórica de la descomposición de la actividad del Th X y de la emanación, suponiendo que no hay más transformación en el depósito activo. La curva C muestra la curva de diferencia entre las curvas A y B, es decir, la proporción de la actividad en diferentes momentos debida al depósito activo.

La actividad debida a este último aumenta así hasta un máximo unos dos días después de la separación del Th X, y luego decrece con el tiempo a la misma velocidad que el propio Th X, es decir, la actividad se reduce a la mitad cada cuatro días. Cuando t supera los cuatro días, el término

en la ecuación teórica es muy pequeña.

La ecuación de desintegración después de este tiempo se expresa por lo tanto como

es decir, la actividad decrece según una ley exponencial con el tiempo.

209. Radiaciones de los productos del Torio. Se ha demostrado en la sección anterior que la actividad del torio, mediante precipitaciones sucesivas con amoníaco, se reduce a un valor límite de casi el 25 por ciento de la actividad inicial. Esta «actividad no separable» consiste en rayos $\alpha$, estando los rayos $\beta$ y $\gamma$ completamente ausentes.

De acuerdo con la teoría de la desintegración, esto es una expresión del hecho de que la ruptura inicial del átomo de torio va acompañada únicamente de la expulsión de partículas $\alpha$. Hemos visto en la sección 156 que la emanación de torio también emite únicamente rayos $\alpha$. En el depósito activo, el torio A no emite rayos, mientras que el torio B emite los tres tipos de rayos.

Algunas horas después de la separación, el Th X emite rayos α, β y γ, pero la aparición de los rayos β y γ se debe probablemente al torio B asociado a él. La actividad de los rayos β y γ del Th X se reduce en gran medida si se aspira continuamente una corriente de aire a través de una solución de Th X para eliminar la emanación.

Parece probable que si la emanación pudiera eliminarse tan rápido como se forma, a fin de impedir la formación de torio B en su masa, el propio Th X emitiría únicamente rayos α; pero, debido a la rápida velocidad de cambio de la emanación de torio, es difícil comprobar esto experimentalmente.

210. Productos de transformación del torio. Los productos de transformación del torio y los rayos emitidos por ellos se muestran gráficamente a continuación (Fig. 81).

A continuación se muestra una tabla de los productos de transformación del torio, junto con algunas de sus propiedades físicas y químicas.

211. Productos de transformación del Actinio. Ya se ha señalado anteriormente (secciones 17 y 18) que el actinio de Debierne y el emanio de Giesel contienen el mismo componente radiactivo. Ambos emiten una emanación de corta duración que confiere actividad a la superficie de los cuerpos. Recientemente, gracias al Dr. Giesel, de Brunswick, se han comercializado preparaciones de «emanio», y la mayoría de las investigaciones descritas más adelante se han realizado con esta sustancia.

Actinio X.

El actinio y el torio están muy estrechamente emparentados en sus propiedades radiactivas. Ambos emiten una emanación que se transforma rápidamente, pero la velocidad de cambio de la emanación del actinio es aún más rápida que la del torio, y su actividad disminuye a la mitad en 3,7 segundos. La señorita Brooks¹³ ha analizado el depósito activo procedente de la emanación del actinio y ha demostrado que en él se producen dos cambios sucesivos, muy similares en su carácter a los observados en el depósito activo del torio. Por analogía, parecía probable, por tanto, que en el actinio se encontrara un producto intermedio, correspondiente al Th X del torio¹⁴.

Trabajos recientes han verificado esta suposición. Giesel¹⁵ y Godlewski¹⁶ observaron de forma independiente que se podía separar a partir del «emanio» una sustancia muy activa, con propiedades químicas y físicas muy similares a las del Th X en el torio. Por analogía, este producto se denominará «actinio X».

El mismo método utilizado por Rutherford y Soddy para separar el Th X del torio también resulta eficaz para separar el actinio X del actinio. Tras la precipitación de la solución activa con amoníaco, el actinio X queda en el filtrado. Tras la evaporación y la calcinación, queda un residuo muy activo. Al mismo tiempo, el actinio precipitado pierde una gran proporción de su actividad.

Giesel observó la separación de un producto activo, empleando una pantalla fluorescente para detectar las radiaciones. Godlewski ha realizado un examen muy completo del producto actinio X en el laboratorio del autor.

Tras la separación del actinio X, la actividad, medida ya sea por los rayos $\alpha$ o $\beta$, aumenta alrededor de un 15 por ciento durante el primer día y después decae exponencialmente con el tiempo, reduciéndose a la mitad en 10,2 días.

La actividad del actinio separado era pequeña al principio, pero aumentó de manera constante con el tiempo, alcanzando un máximo práctico tras un intervalo de sesenta días.

Después del primer día, las curvas de decaimiento y recuperación de la actividad son complementarias entre sí. Las curvas de ascenso y decaimiento se muestran gráficamente en la fig. 82, curvas I y II, respectivamente.

Godlewski observó que una disolución de actinio, libre de actinio X, emitía muy poca emanación, mientras que una disolución de actinio X desprenda la emanación en gran cantidad. La cantidad de emanación procedente de la disolución se midió observando la actividad producida en un recipiente de ensayo, similar al mostrado en la Fig. 51, al hacer pasar una corriente constante de aire a través de la disolución.

El poder emanador del actinio X disminuía exponencialmente con el tiempo a la misma velocidad a la que el actinio X perdía su actividad. Al mismo tiempo, la disolución de actinio aumentaba su poder emanador, alcanzando su valor original al cabo de unos 60 días.

El comportamiento del actinio y del torio es, por tanto, totalmente análogo, y la explicación propuesta para explicar las curvas de decaimiento y recuperación del torio se aplica igualmente bien a las curvas correspondientes del actinio.

El actinio X se produce a un ritmo constante a partir de la materia progenitora actinio, y se transforma según una ley exponencial con el tiempo. La constante de cambio $\lambda =·068$ (día)${}^{-1}$, y este valor es característico del producto actinio X.

Como en el caso del torio, los experimentos anteriores muestran que la emanación no surge del actinio mismo, sino del actinio X. La emanación, a su vez, se descompone y da lugar a un depósito activo en la superficie de los cuerpos.

212. Análisis del depósito activo de la emanación.

Debierne¹⁷ observó que la actividad inducida producida por el actinio se reducía a la mitad de su valor en unos 41 minutos. La señorita Brooks¹⁸ demostró que las curvas de decaimiento de la actividad inducida tras su retirada dependían de la duración de la exposición a la emanación. Las curvas para distintos tiempos de exposición ya se han mostrado en la fig. 69.

Bronson, utilizando el método de desviación directa descrito en la sección 69, determinó con precisión la curva de actividad correspondiente a una exposición breve a la emanación del actinio. La curva obtenida se muestra en la Fig. 83.

Esta curva es similar en forma a la curva correspondiente obtenida para el depósito activo del torio, y se explica de manera semejante. La actividad I_t en cualquier tiempo t está dada por

donde λ₁ y λ₂ son dos constantes, y I_T la actividad máxima alcanzada tras un intervalo T.

Al cabo de 20 minutos, la actividad disminuyó exponencialmente con el tiempo, cayendo a la mitad de su valor en 35,7 minutos. Esto da el valor λ₁ = 0,0194 (min.)^-1. Por comparación con la curva, se halló que el valor de λ₂ es 0,317 (min.)^-1. Esto corresponde a un cambio en el cual la mitad de la materia se transforma en 2,15 minutos.

Exactamente igual que en la curva análoga para el torio, puede demostrarse que la materia depositada inicialmente experimenta dos cambios, siendo el primero de ellos sin emisión de rayos. La misma dificultad surge al determinar cuál de los valores de λ se refiere al primer cambio. Un experimento realizado por la señorita Brooks (loc. cit.) muestra que el producto sin emisión de rayos tiene el periodo de transformación más lento.

El depósito activo de actinio se disolvió de un hilo de platino y luego se sometió a electrólisis. Se encontró que el ánodo era activo, y la actividad decayó exponencialmente con el tiempo, disminuyendo a la mitad de su valor en aproximadamente 1,5 minutos. Teniendo en cuenta la dificultad de medir con precisión una velocidad de decaimiento tan rápida, este resultado indica que el producto que emite rayos tiene el periodo rápido de 2,15 minutos.

El análisis del depósito activo de actinio conduce así a las siguientes conclusiones:

(1) La materia depositada inicialmente por la emanación, llamada actinio A, no emite rayos y se encuentra semitransformada en 35,7 minutos.

(2) A se transforma en B, que está semitransformado en 2,15 minutos, y emite rayos tanto $\alpha$ como $\beta$ (y probablemente $\gamma$).

Godlewski halló que el depósito activo del actinio se volatilizaba con mucha facilidad. Bastaba con calentar durante varios minutos a una temperatura de 100 °C para expulsar la mayor parte de la materia activa.

El depósito activo es fácilmente soluble en amoníaco y en ácidos fuertes.

213. Radiaciones del actinio y sus productos.

El actinio en equilibrio radiactivo emite rayos $\alpha$, $\beta$ y $\gamma$.

Godlewski encontró varios puntos de distinción entre los rayos $\beta$ y $\gamma$ del actinio y los del radio. Los rayos $\beta$ del actinio parecen ser homogéneos, ya que se encontró que la actividad medida por un electróscopo disminuye exactamente según una ley exponencial con el grosor de la materia atravesada. Los rayos $\beta$ se absorbieron a la mitad en un grosor de 0,21 mm de aluminio. Esto indica que las partículas $\beta$ son proyectadas desde el actinio con la misma velocidad. A este respecto, el actinio se comporta de manera muy diferente al radio, ya que este último emite partículas $\beta$ cuyas velocidades varían en un amplio intervalo.

Después de que los rayos $\beta$ fueron absorbidos, se observó otro tipo de rayos más penetrantes, que probablemente corresponden a los rayos $\gamma$ de los otros elementos radioactivos. Sin embargo, los rayos $\gamma$ del actinio eran mucho menos penetrantes que los del radio. La actividad debida a estos rayos se reducía a la mitad después de atravesar 1,9 mm de plomo, mientras que el espesor de plomo necesario para absorber la mitad de los rayos $\gamma$ del radio es de unos 9 mm.

El depósito activo emitía rayos $\alpha$ y $\beta$ (y probablemente $\gamma$). Era difícil decidir con certeza si el actinio X emitía rayos $\beta$ además de rayos $\alpha$. Cuando el actinio X se calentaba al rojo vivo, la actividad $\beta$ se reducía temporalmente a aproximadamente la mitad de su valor inicial. Esta disminución se debía probablemente a la eliminación del depósito activo, el cual, como hemos visto, se volatiliza fácilmente por la acción del calor.

Si la actividad de los rayos $\beta$ no se puede reducir más, esto apuntaría a la conclusión de que el actinio X, así como el actinio B, emiten rayos $\beta$, pero la evidencia obtenida hasta ahora no es concluyente.

La facilidad con que el depósito activo es volatilizado por el calor ofrece una explicación muy sencilla de las peculiaridades iniciales de las curvas de decaimiento y recuperación (Fig. 82) del actinio X.

La actividad del actinio X aumenta al principio, pero no hay una disminución correspondiente en la actividad del actinio restante. Se ha demostrado que el depósito activo es soluble en amoníaco y, en consecuencia, es arrastrado con el actinio X.

Los productos actinio A y B y el actinio X, inmediatamente después de la separación, se encuentran en equilibrio radiactivo y, por tanto, no cabría esperar ningún aumento de actividad tras la separación, como el que se observa en el caso del torio, donde el torio A y B no se eliminan con el torio X.

Sin embargo, al calentar el actinio X para eliminar las sales de amonio, una parte del depósito activo se volatiliza. Tras el enfriamiento, la cantidad de depósito activo aumenta hasta casi su valor anterior y se produce un aumento correspondiente de la actividad.

214. Productos del actinio. Hay un punto de distinción muy interesante entre el comportamiento radiactivo del torio y el del actinio.

Este último, tras la separación del actinio X, muestra solo alrededor del 5 por ciento de la actividad original, mientras que el torio, tras la separación del Th X, siempre muestra una actividad residual de aproximadamente el 25 por ciento del valor máximo.

Esta actividad residual tan pequeña indica que el actinio, si se libra por completo de todos sus productos, no emitiría rayos en absoluto; en otras palabras, el primer cambio en el actinio es un cambio sin rayos.

Los productos radiactivos del actinio se muestran gráficamente en la Fig. 84. Algunas de sus propiedades químicas y físicas se tabulan a continuación.