Actínio

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Actínio,  89 Ac
Amostra de actínio (31481701837) .png
Actínio
Pronúncia/ Ul k t ɪ n i ə m / ( AK- ESTANHO -ee-əm )
Aparênciabranco prateado, brilhando com uma luz azul misteriosa; [1] às vezes com molde dourado [2]
Número de massa[227]
Actínio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
La

Ac

(Uqt)
rádioactíniotório
Número atômico ( Z )89
Grupogrupo n / a
Períodoperíodo 7
Bloquear  bloco f
Configuração de elétron[ Rn ] 6d 1 7s 2
Elétrons por camada2, 8, 18, 32, 18, 9, 2
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão1500  K (1227 ° C, 2240 ° F) (estimado) [2]
Ponto de ebulição3500 ± 300 K (3200 ± 300 ° C, 5800 ± 500 ° F) (extrapolado) [2]
Densidade (próximo à  rt )10 g / cm 3
Calor de fusão14  kJ / mol
Calor da vaporização400 kJ / mol
Capacidade de calor molar27,2 J / (mol · K)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação+3 (umóxidofortemente básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 1,1
Energias de ionização
  • 1o: 499 kJ / mol
  • 2º: 1170 kJ / mol
  • 3: 1900 kJ / mol
  • ( mais )
Raio covalente215  pm
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de actínio
Outras propriedades
Ocorrência naturalda decadência
Estrutura de cristalcúbica de face centrada (FCC)
Estrutura de cristal cúbico centrado na face para actínio
Condutividade térmica12 W / (m⋅K)
Número CAS7440-34-8
História
Descoberta e primeiro isolamentoFriedrich Oskar Giesel ( 1902,1903 )
Nomeado porAndré-Louis Debierne (1899)
Isótopos principais de actínio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
225 Ac vestígio 10 d α 221 Fr
226 Ac syn 29,37 h β - 226 th
ε 226 Ra
α 222 Fr
227 Ac vestígio 21,772 a β - 227 th
α 223 Fr
Categoria Categoria: Actinium
| referências

O actínio é um elemento químico com o símbolo  Ac e número atômico  89. Foi isolado pela primeira vez por Friedrich Oskar Giesel em 1902, que lhe deu o nome de emanium ; o elemento recebeu esse nome por ser erroneamente identificado com uma substância que André-Louis Debierne encontrou em 1899 e chamou actínio. Actinium deu o nome à série actinide , um grupo de 15 elementos semelhantes entre actinium e lawrencium na tabela periódica . Junto com o polônio , o rádio e o radônio , o actínio foi um dos primeiroselementos radioativos não primordiais a serem isolados.

Um metal radioativo macio e branco prateado , o actínio reage rapidamente com o oxigênio e a umidade do ar, formando uma camada branca de óxido de actínio que impede a oxidação posterior. Como a maioria dos lantanídeos e muitos actinídeos , o actínio assume o estado de oxidação +3 em quase todos os seus compostos químicos. O actínio é encontrado apenas em vestígios de minérios de urânio e tório como o isótopo 227 Ac, que decai com meia-vida de 21,772 anos, emitindo predominantemente partículas beta e às vezes alfa , e 228 Ac, que é beta ativo com meia-vida de 6,15 horas. 1tonelada de urânio natural no minério contém cerca de 0,2 miligramas de actínio-227, e uma tonelada de tório contém cerca de 5 nanogramas de actínio-228. A estreita semelhança de propriedades físicas e químicas de actínio e lantânio torna a separação de actínio do minério impraticável. Em vez disso, o elemento é preparado, em quantidades de miligramas, pela irradiação de nêutrons de 226 Ra em um reator nuclear . Devido à sua escassez, alto preço e radioatividade, o actínio não tem uso industrial significativo. Suas aplicações atuais incluem uma fonte de nêutrons e um agente para terapia de radiação .

História

André-Louis Debierne , um químico francês, anunciou a descoberta de um novo elemento em 1899. Ele o separou dos resíduos de pitchblenda deixados por Marie e Pierre Curie após a extração do rádio . Em 1899, Debierne descreveu a substância como semelhante ao titânio [3] e (em 1900) como semelhante ao tório . [4] Friedrich Oskar Giesel encontrou em 1902 [5] uma substância semelhante ao lantânio e chamou-a de "emanium" em 1904. [6] Após uma comparação das meias-vidas das substâncias determinadas por Debierne, [7] Harriet Brooksem 1904, e Otto Hahn e Otto Sackur em 1905, o nome escolhido por Debierne para o novo elemento foi mantido porque tinha antiguidade, apesar das propriedades químicas contraditórias que ele reivindicou para o elemento em diferentes épocas. [8] [9]

Artigos publicados na década de 1970 [10] e mais tarde [11] sugerem que os resultados de Debierne publicados em 1904 estão em conflito com aqueles relatados em 1899 e 1900. Além disso, a química agora conhecida do actínio impede sua presença como qualquer coisa que não seja um constituinte menor de Debierne Resultados de 1899 e 1900; na verdade, as propriedades químicas que ele relatou tornam provável que ele tenha, em vez disso, identificado acidentalmente o protactínio , que não seria descoberto por outros quatorze anos, apenas para desaparecer devido à sua hidrólise e adsorção em seu equipamento de laboratório . Isso levou alguns autores a defender que somente Giesel deveria ser creditado com a descoberta. [2]Uma visão menos conflituosa da descoberta científica é proposta por Adloff. [11] Ele sugere que a crítica retrospectiva das primeiras publicações deve ser mitigada pelo estado então nascente da radioquímica: destacando a prudência das alegações de Debierne nos documentos originais, ele observa que ninguém pode contestar que a substância de Debierne não continha actínio. [11] Debierne, que agora é considerado pela grande maioria dos historiadores como o descobridor, perdeu o interesse pelo elemento e deixou o tópico. Giesel, por outro lado, pode ser legitimamente creditado com a primeira preparação de actínio radioquimicamente puro e com a identificação de seu número atômico 89. [10]

O nome actinium origina-se do grego antigo aktis, aktinos (ακτίς, ακτίνος), que significa feixe ou raio. [12] Seu símbolo Ac também é usado em abreviações de outros compostos que não têm nada a ver com actínio, como acetil , acetato [13] e às vezes acetaldeído . [14]

Propriedades

Actínio é uma macio, branco-prateado, [15] [16] radioactivos , elemento metálico. Seu módulo de cisalhamento estimado é semelhante ao do chumbo . [17] Devido à sua forte radioatividade, o actínio brilha no escuro com uma luz azul pálida, que se origina do ar circundante ionizado pelas partículas energéticas emitidas. [18] O actínio tem propriedades químicas semelhantes ao lantânio e outros lantanídeos e, portanto, esses elementos são difíceis de separar ao extrair dos minérios de urânio. Extração por solvente e cromatografia de íons são comumente usadas para a separação. [19]

O primeiro elemento dos actinídeos , actínio, deu ao grupo seu nome, da mesma forma que o lantânio fizera com os lantanídeos . O grupo de elementos é mais diversificado do que os lantanídeos e, portanto, não foi até 1945, que a alteração mais significativa para Dmitri Mendeleev da tabela periódica uma vez que o reconhecimento dos lantanídeos, a introdução dos actinídeos , era geralmente aceite depois de Glenn T. Seaborg A pesquisa sobre os elementos transurânicos (embora já tivesse sido proposta em 1892 pelo químico britânico Henry Bassett). [20]

O actínio reage rapidamente com o oxigênio e a umidade do ar, formando um revestimento branco de óxido de actínio que impede a oxidação posterior. [15] Como a maioria dos lantanídeos e actinídeos, o actínio existe no estado de oxidação +3 e os íons Ac 3+ são incolores nas soluções. [21] O estado de oxidação +3 origina-se da configuração eletrônica [Rn] 6d 1 7s 2 do actínio, com três elétrons de valência que são facilmente doados para dar a estrutura de casca fechada estável do gás nobre radônio . [16] O raro estado de oxidação +2 é conhecido apenas para diidrido de actínio (AcH 2); mesmo este pode, na realidade, ser um composto de eletrídeo como seu congênere mais leve LaH 2 e, portanto, ter actínio (III). [22] Ac 3+ é o maior de todos os íons tripositivos conhecidos e sua primeira esfera de coordenação contém aproximadamente 10,9 ± 0,5 moléculas de água. [23]

Os compostos químicos

Devido à intensa radioatividade do actínio, apenas um número limitado de compostos de actínio é conhecido. Estes incluem: AcF 3 , AcCl 3 , AcBr 3 , AcOF, AcOCl, AcOBr, Ac 2 S 3 , Ac 2 O 3 e AcPO 4 . Exceto para AcPO 4 , eles são todos semelhantes aos compostos de lantânio correspondentes. Todos eles contêm actínio no estado de oxidação +3. [21] [24] Em particular, as constantes de rede dos compostos análogos de lantânio e actínio diferem em apenas alguns pontos percentuais. [24]

Aqui um , b e c são constantes de rede, n é o número do grupo de espaço e Z é o número de unidades de fórmula por célula unitária . A densidade não foi medida diretamente, mas calculada a partir dos parâmetros de rede.

Óxidos

O óxido de actínio (Ac 2 O 3 ) pode ser obtido aquecendo o hidróxido a 500 ° C ou o oxalato a 1100 ° C, em vácuo. Sua estrutura cristalina é isotípica com os óxidos da maioria dos metais de terras raras trivalentes. [24]

Halides

O trifluoreto de actínio pode ser produzido em solução ou em reação sólida. A primeira reação é realizada à temperatura ambiente, adicionando ácido fluorídrico a uma solução contendo íons actínio. No último método, o metal actínio é tratado com vapores de fluoreto de hidrogênio a 700 ° C em uma configuração totalmente de platina. O tratamento do trifluoreto de actínio com hidróxido de amônio a 900–1000 ° C produz oxifluoreto AcOF. Enquanto o oxifluoreto de lantânio pode ser facilmente obtido queimando trifluoreto de lantânio no ar a 800 ° C por uma hora, o tratamento semelhante de trifluoreto de actínio não produz AcOF e só resulta na fusão do produto inicial. [24] [29]

AcF 3 + 2 NH 3 + H 2 O → AcOF + 2 NH 4 F

O tricloreto de actínio é obtido pela reação de hidróxido ou oxalato de actínio com vapores de tetracloreto de carbono a temperaturas acima de 960 ° C. Semelhante ao oxifluoreto, o oxicloreto de actínio pode ser preparado hidrolisando o tricloreto de actínio com hidróxido de amônio a 1000 ° C. No entanto, em contraste com o oxifluoreto, o oxicloreto poderia muito bem ser sintetizado pela ignição de uma solução de tricloreto de actínio em ácido clorídrico com amônia . [24]

A reação de brometo de alumínio e óxido de actínio produz tribrometo de actínio:

Ac 2 O 3 + 2 AlBr 3 → 2 AcBr 3 + Al 2 O 3

e tratá-lo com hidróxido de amônio a 500 ° C resulta no oxibrometo AcOBr. [24]

Outros compostos

O hidreto de actínio foi obtido por redução do tricloreto de actínio com potássio a 300 ° C, e sua estrutura foi deduzida por analogia com o hidreto de LaH 2 correspondente . A fonte de hidrogênio na reação era incerta. [30]

A mistura de fosfato monossódico (NaH 2 PO 4 ) com uma solução de actínio em ácido clorídrico produz fosfato de actínio hemi-hidratado de cor branca (AcPO 4 · 0,5H 2 O) e aquecimento de oxalato de actínio com vapores de sulfeto de hidrogênio a 1400 ° C por alguns minutos resulta em um sulfeto de actínio preto Ac 2 S 3 . Pode ser produzido agindo com uma mistura de sulfeto de hidrogênio e dissulfeto de carbono sobre óxido de actínio a 1000 ° C. [24]

Isótopos

O actínio de ocorrência natural é composto por dois isótopos radioativos ;227
Ac
(da família radioativa de235
U
) e228
Ac
(uma neta de232
Th
).227
Ac
decai principalmente como um emissor beta com uma energia muito pequena, mas em 1,38% dos casos ele emite uma partícula alfa , então pode ser prontamente identificada por meio de espectrometria alfa . [2] Trinta e seis radioisótopos foram identificados, sendo o mais estável227
Ac
com meia-vida de 21,772 anos,225
Ac
com meia-vida de 10,0 dias e226
Ac
com meia-vida de 29,37 horas. Todos os isótopos radioativos restantes têm meia-vida inferior a 10 horas e a maioria deles tem meia-vida inferior a um minuto. O isótopo de actínio conhecido de vida mais curta é217
Ac
(meia-vida de 69 nanossegundos) que decai por meio do decaimento alfa . O actínio também tem dois metaestados conhecidos . [31] Os isótopos mais significativos para a química são 225 Ac, 227 Ac e 228 Ac. [2]

Purificado 227
O Ac
entra em equilíbrio com seus produtos de decomposição após cerca de meio ano. Ele decai de acordo com sua meia-vida de 21,772 anos, emitindo principalmente beta (98,62%) e algumas partículas alfa (1,38%); [31] os sucessivos produtos de decomposição fazem parte da série actínio . Devido às baixas quantidades disponíveis, baixa energia de suas partículas beta (máximo de 44,8 keV) e baixa intensidade de radiação alfa,227
O Ac
é difícil de detectar diretamente por sua emissão e, portanto, é rastreado por meio de seus produtos de decomposição. [21] Os isótopos de actínio variam em peso atômico de 205  u (205
Ac
) a 236 u (236
Ac
). [31]

Isótopo Produção Decair Meia-vida
221 Ac 232 Th (d, 9n) → 225 Pa (α) → 221 Ac α 52 ms
222 Ac 232 Th (d, 8n) → 226 Pa (α) → 222 Ac α 5,0 s
223 Ac 232 Th (d, 7n) → 227 Pa (α) → 223 Ac α 2,1 min
224 Ac 232 Th (d, 6n) → 228 Pa (α) → 224 Ac α 2,78 horas
225 Ac 232 Th (n, γ) → 233 Th (β - ) → 233 Pa (β - ) → 233 U (α) → 229 Th (α) → 225 Ra (β - ) → 225 Ac α 10 dias
226 Ac 226 Ra (d, 2n) → 226 Ac α, β -
captura de elétrons
29,37 horas
227 Ac 235 U (α) → 231 Th (β - ) → 231 Pa (α) → 227 Ac α, β - 21,77 anos
228 Ac 232 Th (α) → 228 Ra (β - ) → 228 Ac β - 6,15 horas
229 Ac 228 Ra (n, γ) → 229 Ra (β - ) → 229 Ac β - 62,7 min
230 Ac 232 Th (d, α) → 230 Ac β - 122 s
231 Ac 232 Th (γ, p) → 231 Ac β - 7,5 min
232 Ac 232 Th (n, p) → 232 Ac β - 119 s

Ocorrência e síntese

Os minérios de uraninita têm concentrações elevadas de actínio.

O actínio é encontrado apenas em vestígios de minérios de urânio - uma tonelada de urânio no minério contém cerca de 0,2 miligramas de 227 Ac [32] [33] - e em minérios de tório , que contêm cerca de 5 nanogramas de 228 Ac por tonelada de tório. O isótopo actínio 227 Ac é um membro transiente da cadeia de decaimento da série urânio-actínio , que começa com o isótopo pai 235 U (ou 239 Pu ) e termina com o isótopo chumbo estável 207 Pb . O isótopo 228 Ac é um membro transitório da série do tóriocadeia de decaimento, que começa com o isótopo pai 232 Th e termina com o isótopo principal estável 208 Pb . Outro isótopo de actínio ( 225 Ac) está transitoriamente presente na cadeia de decaimento da série do neptúnio , começando com 237 Np (ou 233 U ) e terminando com tálio ( 205 Tl ) e bismuto quase estável ( 209 Bi ); embora todo o 237 Np primordial tenha decaído, ele é continuamente produzido por reações de nocaute de nêutrons no 238 U natural .

A baixa concentração natural e a grande semelhança das propriedades físicas e químicas com as do lantânio e outros lantanídeos, que são sempre abundantes em minérios contendo actínio, tornam a separação do actínio do minério impraticável, e a separação completa nunca foi alcançada. [24] [ duvidoso ] Em vez disso, o actínio é preparado, em quantidades de miligramas, pela irradiação de nêutrons de 226 Ra em um reator nuclear . [33] [34]

O rendimento da reação é cerca de 2% do peso do rádio. O 227 Ac pode ainda capturar nêutrons, resultando em pequenas quantidades de 228 Ac. Após a síntese, o actínio é separado do rádio e dos produtos de decomposição e fusão nuclear, como tório, polônio, chumbo e bismuto. A extração pode ser realizada com solução de tenoiltrifluoroacetona- benzeno de uma solução aquosa dos produtos de radiação, e a seletividade para um determinado elemento é alcançada ajustando o pH (para cerca de 6,0 para actínio). [32] Um procedimento alternativo é a troca aniônica com uma resina apropriada em ácido nítrico, que pode resultar em um fator de separação de 1.000.000 para rádio e actínio versus tório em um processo de dois estágios. O actínio pode então ser separado do rádio, com uma proporção de cerca de 100, usando uma resina de troca catiônica de baixa reticulação e ácido nítrico como eluente . [35]

225 Ac foi produzido pela primeira vez artificialmente no Institute for Transuranium Elements (ITU) na Alemanha usando um ciclotron e no St George Hospital em Sydney usando um linac em 2000. [36] Este isótopo raro tem aplicações potenciais em terapia de radiação e é produzido de forma mais eficiente bombardeando um alvo de rádio-226 com íons de deutério de 20-30 MeV . Esta reação também produz 226 Ac que, no entanto, decai com uma meia-vida de 29 horas e, portanto, não contamina 225 Ac. [37]

O metal actínio foi preparado pela redução do fluoreto de actínio com vapor de lítio no vácuo a uma temperatura entre 1100 e 1300 ° C. As temperaturas mais altas resultaram na evaporação do produto e as mais baixas levam a uma transformação incompleta. O lítio foi escolhido entre outros metais alcalinos porque seu fluoreto é o mais volátil. [12] [15]

Aplicações

Devido à sua escassez, alto preço e radioatividade, o 227 Ac atualmente não tem uso industrial significativo, mas o 225 Ac está sendo estudado para uso em tratamentos de câncer, como terapias alfa direcionadas. [12] [38] 227 Ac é altamente radioativo e, portanto, foi estudado para uso como um elemento ativo de geradores termoelétricos de radioisótopos , por exemplo, em naves espaciais. O óxido de 227 Ac pressionado com berílio também é uma fonte de nêutrons eficiente com atividade superior à dos pares padrão amerício-berílio e rádio-berílio. [39] Em todas essas aplicações, 227Ac (uma fonte beta) é meramente um progenitor que gera isótopos emissores de alfa após sua decadência. O berílio captura partículas alfa e emite nêutrons devido à sua grande seção transversal para a reação nuclear (α, n):

As fontes de nêutrons 227 AcBe podem ser aplicadas em uma sonda de nêutrons - um dispositivo padrão para medir a quantidade de água presente no solo, bem como umidade / densidade para controle de qualidade na construção de rodovias. [40] [41] Essas sondas também são usadas em aplicações de perfilagem de poços, em radiografia de nêutrons , tomografia e outras investigações radioquímicas. [42]

Estrutura química do portador DOTA para 225 Ac em radioterapia.

O 225 Ac é aplicado na medicina para produzir 213 Bi em um gerador reutilizável [35] ou pode ser usado sozinho como um agente para terapia de radiação , em particular terapia alfa direcionada (TAT). Esse isótopo tem meia-vida de 10 dias, o que o torna muito mais adequado para radioterapia do que o 213 Bi (meia-vida de 46 minutos). [38] Além disso, 225 Ac decai para 209 Bi não tóxico em vez de chumbo estável, mas tóxico , que é o produto final nas cadeias de decaimento de vários outros isótopos candidatos, a saber 227 Th, 228 Th e 230 U. [38]Não apenas o próprio 225 Ac, mas também suas filhas, emitem partículas alfa que matam as células cancerosas no corpo. A maior dificuldade com a aplicação de 225 Ac foi que a injeção intravenosa de complexos de actínio simples resultou em seu acúmulo nos ossos e no fígado por um período de dezenas de anos. Como resultado, depois que as células cancerosas foram rapidamente mortas por partículas alfa de 225 Ac, a radiação do actínio e de suas filhas pode induzir novas mutações. Para resolver este problema, 225 Ac foi ligado a um agente quelante , como citrato , ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) ou ácido dietilenotriamina pentaacético(DTPA). Isso reduziu o acúmulo de actínio nos ossos, mas a excreção do corpo permaneceu lenta. Resultados muito melhores foram obtidos com agentes quelantes como HEHA ( 1,4,7,10,13,16-hexaazaciclohexadecano-N, N ′, N ″, N ‴, N ‴ ′, N ‴ ″ - ácido hexaacético ) [43 ] ou DOTA ( ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano-1,4,7,10-tetraacético ) acoplado a trastuzumab , um anticorpo monoclonal que interfere com o receptor HER2 / neu . A última combinação de entrega foi testada em camundongos e provou ser eficaz contra leucemia , linfoma , mama , ovário ,neuroblastoma e câncer de próstata . [44] [45] [46]

A meia-vida média de 227 Ac (21,77 anos) torna-o isótopo radioativo muito conveniente para modelar a lenta mistura vertical de águas oceânicas. Os processos associados não podem ser estudados com a precisão necessária por meio de medições diretas das velocidades atuais (da ordem de 50 metros por ano). No entanto, a avaliação dos perfis de profundidade de concentração para diferentes isótopos permite estimar as taxas de mistura. A física por trás desse método é a seguinte: as águas oceânicas contêm 235 U homogeneamente dispersos . Seu produto de decomposição, 231 Pa, precipita-se gradualmente para o fundo, de modo que sua concentração primeiro aumenta com a profundidade e depois permanece quase constante. 231 Pa decai para 227Ac; no entanto, a concentração do último isótopo não segue o perfil de profundidade de 231 Pa, mas aumenta em direção ao fundo do mar. Isso ocorre por causa dos processos de mistura que levantam 227 Ac adicionais do fundo do mar. Assim, a análise dos perfis de profundidade de 231 Pa e 227 Ac permite aos pesquisadores modelar o comportamento de mistura. [47] [48]

Existem previsões teóricas de que os hidretos AcH x (neste caso com pressão muito alta) são candidatos a um supercondutor próximo à temperatura ambiente , pois têm T c significativamente mais alto do que H3S, possivelmente perto de 250 K. [49]

Precauções

O 227 Ac é altamente radioativo e os experimentos com ele são realizados em um laboratório especialmente projetado, equipado com um porta- luvas apertado . Quando o tricloreto de actínio é administrado por via intravenosa a ratos, cerca de 33% do actínio é depositado nos ossos e 50% no fígado. Sua toxicidade é comparável a, mas ligeiramente menor que a do amerício e do plutônio. [50] Para quantidades vestigiais, exaustores com bom arejamento são suficientes; para quantidades em gramas, são necessárias células quentes com blindagem da intensa radiação gama emitida pelo 227 Ac. [51]

Veja também

Notas

Referências

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Bibliografia

Ligações externas