Ununseptio

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    Capa electrónica 117 Ununseptio.svg
 
117
Uus
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Tabla completaTabla ampliada
Información general
Nombre, símbolo, número Ununseptio, Uus, 117
Serie química Halógenos
Grupo, período, bloque 17, 7, p
Masa atómica 293 u
Configuración electrónica [Rn] 5f14 6d10 7s2 7p5
(predicción)
Electrones por nivel 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
(predicción) (imagen)
Propiedades atómicas
Radio covalente 165 (estimado)[1]  pm
Estado(s) de oxidación −1, +1, +3, +5 (predicción)[2]
1.ª Energía de ionización 742,9 (predicción)[2]  kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido (predicción)
Punto de fusión 573–773 K (300–500 °C) (predicción)[2]
Punto de ebullición 823 K (550 °C) (predicción)[2]
Varios
N° CAS 54101-14-3
Isótopos más estables
Artículo principal: Isótopos del ununseptio
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
294Uus Sintético 78
(+370, -36) ms
α 10,81 290Uup
293Uus Sintético 14
(+11, -4) ms
α 11,11 11,00 10,91 289Uup
Valores en el SI y condiciones normales de presión y temperatura, salvo que se indique lo contrario.

Ununseptio (en inglés y oficialmente ununseptium, pronunciado Acerca de este sonido /uːn.uːnˈsɛptiəm/ ) es el nombre temporal de un elemento sintético superpesado de la tabla periódica de los elementos cuyo símbolo temporal es Uus y su número atómico 117. Este elemento, también conocido como eka-astato o simplemente elemento 117, es el segundo elemento más pesado creado hasta ahora, y el penúltimo del séptimo período en la tabla periódica de los elementos.

Su descubrimiento se anunció en 2010, y fue fruto de una colaboración entre científicos rusos y estadounidenses en el Instituto Central de Investigaciones Nucleares de Dubna, Rusia.[3] En un experimento en 2011, se creó directamente uno de sus productos de desintegración, confirmando parcialmente los resultados del experimento inicial; el cual además sería repetido con éxito en 2012. En 2014, el Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados de Alemania, también afirmó haber reproducido el experimento original.[4] Sin embargo, el grupo formado por la IUPAC y la IUPAPIUPAC/IUPAP Joint Working Party—, que se encarga de examinar las reivindicaciones de descubrimientos de elementos superpesados, no lo había confirmado como descubierto a fecha de junio de 2014. Una vez que esté reconocido como tal, podrá recibir un nombre permanente, sugerido por sus creadores, para reemplazar a ununseptio, un nombre sistemático y temporal para denominar al elemento.[5]

En la tabla periódica, el ununseptio está ubicado en el grupo 17,[nota 1] cuyos miembros de número atómico menor son halógenos. Sin embargo, es probable que el ununseptio tenga propiedades significativamente diferentes de las del resto de elementos del grupo, aunque se prevé que el punto de fusión, el punto de ebullición y la primera energía de ionización sigan las tendencias periódicas. Los isótopos sintetizados hasta ahora son el ununseptio-293, con una vida media de aproximadamente 14 milisegundos, y ununseptio-294, con una vida media de alrededor de 78 milisegundos; y esto permite acercarse a existencia de la isla de estabilidad. Asimismo, las predicciones teóricas prevén que los isótopos de ununseptio-309 y superiores sean aun más estables.

Historia[editar]

Antes del descubrimiento[editar]

En 2004, el equipo del Instituto Central de Investigaciones Nucleares en Dubna (en el óblast de Moscú, Rusia), propuso un experimento para sintetizar el elemento 117 —llamado así por los 117 protones en su núcleo atómico— mediante la fusión nuclear de un blanco de berkelio (elemento 97) con un haz de iones de calcio (elemento 20). El equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge de los Estados Unidos, el único productor de berkelio en el mundo en aquellos días, decidió iniciar la síntesis del material para el blanco en conjunción con la producción de californio para fines comerciales, tan pronto como esta fuera puesta en marcha.[6] Mientras tanto, los planes para sintetizar el elemento 117 fueron dejados de lado temporalmente en favor de la síntesis del elemento 118, producido bombardeando un blanco de californio con iones de calcio.[7]

El equipo ruso deseaba usar el isótopo de calcio-48 debido a que tiene veinte protones y veintiocho neutrones; este es el núcleo más ligero que es estable o casi estable con tal exceso de neutrones. La particularidad de este isótopo de calcio radica en que se le considera «doblemente mágico» debido a que cuenta con «números mágicos» tanto de neutrones como de protones, veintiocho y veinte respectivamente, lo que le otorga al isótopo una estabilidad inusual. El siguiente núcleo de semejantes características con menor masa atómica, zinc-68, es ya mucho más pesado.[8] El haz fue hecho en Rusia separando químicamente[9] las pequeñas cantidades de calcio-48 presentes en el calcio natural de la tierra.[10] Los núcleos resultantes de la fusión de isótopos ricos en neutrones son más pesados y se encuentran más cerca de la buscada isla de estabilidad.[11]

Descubrimiento[editar]

Una pequeña muestra de un líquido azul en una pipeta de plástico, sostenida por una mano protegida por un guante grueso.
Berkelio en solución usado para la síntesis
La cadena de desintegración de los isótopos de ununseptio producidos. Las cifras cerca de las flechas describen las características de desintegración: período de semidesintegración y energía de desintegración. Se muestran dos valores: el superior, en negro, se midió experimentalmente, mientras que el inferior, en azul, es la predicción teórica.[12]

En 2008, el equipo americano inició la producción del blanco de berkelio en el laboratorio de Oak Ridge para el experimento. Tras irradiar curio-244 con partículas alfa durante un total de 250 días, se obtuvieron 22 mg of berkelio, con etapas posteriores de enfriamiento y purificación que sumaron seis meses.[13] [6] El período de semidesintegración del isótopo de berkelio usado (berkelio-249) es de únicamente trescientos treinta días, transcurridos los cuales la mitad de este se transforma en otros elementos, por lo que era crucial iniciar el experimento antes de pasados otros seis meses a partir de la purificación del blanco, pues se podría no tener la suficiente cantidad de elemento para llevar a cabo la síntesis del ununseptio.[6] En el verano boreal de 2009, el berkelio se transportó en un vuelo comercial desde Nueva York a Moscú empaquetado dentro de cinco recipientes de plomo.[6]

La llegada del berkelio a Dubna se retrasó varios días, debido a documentación faltante o incompleta, lo que condujo a la aduana rusa a no permitir la entrada del material al país y a devolverlo a los Estados Unidos dos veces, hasta que finalmente pudo ingresar a Rusia.[6] Una vez permitida la entrada del «blanco», este se transfirió a Dimitrovgrad, en el óblast de Ulyanovsk, para ser fijado en una película delgada de titanio, y luego ser llevada a Dubna, donde fue instalado en el acelerador de partículas del Instituto Central de Investigaciones Nucleares —el más potente del mundo— para la síntesis de elementos superpesados.[13]

El experimento comenzó en junio del 2009 y en enero del 2010 científicos del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares anunciaron que habían detectado con éxito la desintegración de un nuevo elemento con número atómico 117 a través de dos cadenas de isótopos impares (experimentando seis desintegraciones alfa antes de una fisión espontánea) y de otro par-impar (con tres desintegraciones alfa antes de la fisión).[14] [15] El 9 de abril de 2010, se publicó un reporte oficial en la revista Physical Review Letters, en el que se reveló que los isótopos mencionados en cadenas previas referían al ununseptio-294 y ununseptio-293, formados como sigue a continuación:[12]


\,^{48}_{20}\mathrm{Ca} + \,^{249}_{97}\mathrm{Bk} \to \,^{297}_{117}\mathrm{Uus} ^{*} \to \,^{294}_{117}\mathrm{Uus} + 3\,^{1}_{0}\mathrm{n} (un evento)
\,^{48}_{20}\mathrm{Ca} + \,^{249}_{97}\mathrm{Bk} \to \,^{297}_{117}\mathrm{Uus} ^{*} \to \,^{293}_{117}\mathrm{Uus} + 4\,^{1}_{0}\mathrm{n} (cinco eventos)


Antes de la síntesis del ununseptio, no se conocía ninguno de sus isótopos productos de desintegración;[12] por lo tanto, no había una base para una reclamación del descubrimiento ante el comité de la IUPAC y mucho menos para su reconocimiento. El ununpentio-289 —uno de los productos de desintegración del ununseptio— fue sintetizado de forma directa en 2011 —en lugar de haberse obtenido a partir de la desintegración del ununseptio—; a pesar de la distinta vía de obtención las propiedades de desintegración medidas en este experimento coincidieron con las del descubrimiento del ununseptio.[16] Sin embargo, los descubridores no reivindicaron el descubrimiento del ununseptio cuando el comité encargado estaba revisando los reclamos de descubrimientos de elementos más allá del copernicio.[17] El grupo de Dubna repitió el experimento original en el 2012 exitosamente, confirmando así la síntesis del ununseptio. Los científicos presentaron una solicitud para registrar oficialmente el elemento,[18] y los presidentes de IUPAC and IUPAP formaron un nuevo comité conjunto de trabajo para asignar el derecho de descubrimiento.[19] El 2 de mayo de 2014, científicos del Centro GSI Helmholtz para la Investigación de Iones Pesados, en Darmstadt, aseguraron haber confirmado el descubrimiento del ununseptio[20] [21] [4] y de un nuevo isótopo: lawrencio-266, obtenido de la desintegración alfa del dubnio-270; este modo de desintegración no fue observado en los experimentos de Dubna, donde el dubnio-270 experimentó una fisión espontánea.[22] [23]

Denominación[editar]

Utilizando la nomenclatura de Mendeléyev para los elementos no identificados y sin descubrir, el ununseptio debería ser conocido como «eka-astato» o «dvi-iodo». En 1979, la UIPAC publicó una serie de recomendaciones para la nomenclatura de elementos de número atómico mayor que 100, que resultaron en la denominación ununseptio y correspondiente símbolo de Uus,[24] de acuerdo a la denominación sistemática de elementos, como una manera de referirse al elemento de manera temporal, hasta que el descubrimiento del mismo sea confirmado y se le asigne su nombre permanente.[5] Conforme a este sistema, el nombre temporal literalmente significa 117 (uno-uno-siete).[24] Las recomendaciones son en su mayoría ignoradas entre los científicos, quienes lo llaman «elemento 117», con el símbolo de «(117)» o incluso simplemente «117».[2]

Cuando el descubrimiento se confirme, los descubridores tendrán el derecho de sugerir un nombre; aunque una autoridad de Dubna expresó en junio de 2012 que podría tardar un año antes de que esto suceda.[18]

Propiedades previstas[editar]

Estabilidad nuclear e isótopos[editar]

Gráfico en tres dimensiones de la estabilidad de los elementos en función del número de protones Z y de neutrones N que tiene forma de cadena montañosa orientada a lo largo de la diagonal del gráfico, con una "isla de estabilidad" para valores altos de N y Z.
El periodo de semidesintegración del ununseptio constituye una prueba experimental definitiva de la "isla de la estabilidad", de acuerdo a sus descubridores.[25]

La estabilidad de los núcleos disminuye rápidamente para los elementos con un número atómico mayor que el del plutonio, el elemento primordial más pesado, y ningún isótopo con más de 101 protones sintetizado hasta la fecha tiene una vida media superior a un día, con la excepción del dubnio-268. No hay elementos con números atómicos por encima de 82 (después del plomo) que tenga isótopos estables.[26] Sin embargo, debido a razones aún no muy bien comprendidas, la estabilidad nuclear aumenta ligeramente alrededor de los números atómicos 110-114, lo que es conocido en física nuclear como la «isla de estabilidad». Este concepto, propuesto por el profesor Glenn Seaborg de la Universidad de California, explica por qué algunos elementos superpesados ​​duran más de lo previsto.[27] El ununseptio es el segundo elemento más pesado de todos los creados hasta el momento, y la vida media de su isótopo más estable es de 78 milisegundos, valor sin embargo superior al previsto antes del descubrimiento.[12] El grupo de Dubna cree que la síntesis del elemento es una prueba experimental directa de la existencia de la isla.[25]

Los cálculos basados en un modelo de túnel cuántico predicen la existencia de varios isótopos de ununseptio con un período de semidesintegración alfa máximo de 40 milisegundos para el ununseptio-296 (la investigación termina en ununseptio-303).[28] Un estudio más detallado del Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas arroja resultados similares y predice que el ununseptio-296 es el isótopo más estable en esa región; no obstante, en ambos casos las diferencias están dentro de los límites del error de cálculo.[nota 2] Sin embargo, este último va más lejos hasta el ununseptio-337 y revela una tendencia al aumento general de la estabilidad para isótopos más pesados que ununseptio-301, un isótopo que tiene 184 neutrones. Se considera al 184 como un número mágico en física, que se cree que proporciona estabilidad adicional. Se espera que el ununseptio-309 y los isótopos más pesados sean más estables que los dos isótopos sintetizados; el ununseptio-326 podría tener una vida media de más de trescientos años y el isótopo más pesado para el cual existen predicciones, ununseptio-337, debería tener una vida media de alrededor de 1016 años.[29] [nota 3]

Gráfica que muestra las vidas medias de los isótopos del ununseptio, desde el ununseptio-278 hasta el ununseptium-337
Vidas medias teóricas para sesenta isótopos de ununseptio, del 278Uus al 337Uus.[29] Las líneas de colores se incluyen como referencia visual para señalar distintos periodos de tiempo.

Propiedades atómicas y físicas[editar]

Configuración electrónica del ununseptio

Ununseptio es un miembro del grupo 17 en la tabla periódica, debajo de los cinco halógenos (flúor, cloro, bromo, iodo y astato). Cada elemento del grupo 17 tiene siete electrones en su capa de valencia, formando una configuración de electrones de valencia de ns2np5. En el caso del ununseptio, la tendencia se mantendrá y se prevé que la configuración de electrones de valencia sea 7s27p5;[2] por lo tanto, el ununseptio quizá se comporte de forma similar a los halógenos en muchos aspectos.

Sin embargo, es probable que surjan diferencias notables; un efecto que contribuye en gran parte a esto es la interacción espín-órbita—la interacción mutua entre el movimiento de los electrones y su espín. Esta es especialmente fuerte para los elementos superpesados, porque sus electrones se mueven mucho más rápidos que los electrones en elementos más livianos, a velocidades comparables a la velocidad de la luz. Aquí es donde surgen las diferencias.[30] Con respecto a los átomos de ununseptio, éstos disminuyen los niveles de energía de electrones 7s y 7p (estabilizando los correspondientes electrones), pero dos de los niveles de energía de electrones 7p están más estabilizados que los otros cuatro.[31] Se le llama a la estabilización de los electrones de 7p el efecto del par inerte, y al efecto de romper la subcapa de 7p en una parte más estabilizada y otra menos, se le llama división de subcapa. Químicos computacionales ven a esta división como un cambio del número cuántico azimutal desde 1 a 1/2 y 3/2 para las partes más y menos estabilizadas de la subcapa 7p, respectivamente.[32] [nota 4] Para muchos propósitos teóricos, la configuración del electrón de valencia se puede representar para reflejar la división de la subcapa 7p como 7s2
7p2
1/2
7p5
3/2
.[2]

También existen diferencias en otros niveles de electrones. Por ejemplo, los niveles de electrones 6d (también divididos en mitades, cuatro de ellos siendo 6d3/2 y seis siendo 6d5/2) ambos son elevados, de modo que están cerca en energía de aquellos del 7s,[31] aunque no se prevé que los electrones 6d participen en enlaces químicos. La diferencia entre los niveles 7p1/2 y 7p3/2 es anormalmente alta, siendo 9.8 eV.[31] La división de la subcapa 6p del astato sólo es de 3.8 eV,[31] y la química en 6p1/2 ya ha sido llamada como "limitada".[33] Todos esos efectos causan que la química del ununseptio difiera de la de sus vecinos superiores (véase más abajo).

Niveles de energía atómica para los electrones s, p y d más externos del astato y del ununseptio

La primera energía de ionización (la energía requerida para remover un electrón de un átomo) se prevé que sea 7.7 eV, más baja que la de los halógenos, otra vez siguiendo la tendencia.[2] El ununseptio también está en consonancia con sus vecinos en la tabla periódica, en que se espera que tenga la menor afinidad electrónica (energía emitida cuando un electrón es agregado a un átomo) en su grupo, de 2.6 o incluso 1.8 eV.[2] El electrón del átomo hidrogenoide de ununseptio (oxidado de manera que sólo tiene un electrón, ununseptio-116+) se prevé que se mueva tan rápido que tiene una masa de 1.9 comparado con un electrón sin movimiento, una característica que proviene de los efectos relativistas. Como comparación, la cifra es 1.27 para el astato hidrogenoide y 1.08 para el iodo hidrogenoide.[34] De acuerdo a simples extrapolaciones de las leyes de la relatividad, aquello indirectamente indica la contracción del radio atómico;[34] sin embargo, cálculos avanzados muestran que el radio de un átomo de ununseptio que ha formado un enlace covalente sería 165 pm, mientras que el radio de astato sería de 147 pm.[35] Con siete electrones de los más externos eliminados, el ununseptio finalmente es más pequeño: 57 pm[2] el ununseptio y 61 pm[36] el astato.

Los puntos de fusión y ebullición del ununseptio no son completamente conocidos. Documentos anteriores predijeron alrededor de 350–500 °C y 550 °C respectivamente,[2] o incluso 350–550 °C y 610 °C respectivamente.[37] Esos valores excedían los valores del astato (y todos los que le precedían), siguiendo las tendencias periódicas. Un documento posterior, no obstante, predice que el punto de ebullición del ununseptio sería 345 °C,[38] (el del astato se estima en 309 °C,[39] 337 °C,[40] o 370 °C,[41] aunque se han reportado valores experimentales de 503 °C[42] y 411 °C).[36]

Propiedades químicas[editar]

Los miembros anteriores del grupo 17 comúnmente aceptan otro electrón para lograr la configuración electrónica estable de un gas noble, con ocho electrones en su capa de valencia (regla del octeto).[43] La propensión a captar un electrón disminuye a medida que aumenta el número atómico dentro del grupo, de tal forma que en el hidruro de astato este cede un electrón al hidrógeno en vez de al contrario; el ununseptio mostraría una predisposición aún mayor a adquirir un estado de oxidación positivo en compuestos, y el estado −1 sería el menos común.[2]

El ununseptio también puede completar el octeto mediante la formación de un enlace covalente. Por consiguiente, cuando dos átomos de ununseptium se reúnen, se espera que formen una molécula diatómica, como ocurre con los halógenos. Según los cálculos, el enlace sigma formaría un marcado orbital de antienlace en la molécula de At2 debido a un marcado acoplamiento espín-órbita, lo que lleva a la densidad electrónica del orbital molecular a alejarse de los núcleos de los átomos enlazados y concentrarse en los extremos de la molécula; se prevé que el ununseptio siga la tendencia a adoptar un enlace covalente débil en la molécula diatómica Uus2 y que esta presente un fuerte carácter pi.[2] [44] Para la molécula UusCl, se predice un enlace pi simple.[44]

Aparte del mencionado estado de oxidación −1 inestable, se predicen otros tres estados de oxidación para el ununseptio: +5, +3 y +1, entre los que el último sería el más estable; esto es debido a la estabilidad 7p1/2, que conlleva a su vez la desestabilización de los tres electrones más externos en el orbital 7p3/2,[2] como ya se ha observado en el astato.[45] La contracción de los niveles ns y np1/2, muy marcada en el oro, lo que conduce a pensar que el estado +3 del ununseptio puede parecerse al Au3+ en el comportamiento de intercambio de iones en un ambiente de haluro;[2] la desestabilización de los electrones 7p3/2, en comparación con los electrones 7p1/2, sugiere que este estado de oxidación también debería ser importante. En cambio, por la misma razón, el estado +5 será poco común [2] y, según los cálculos teoréticos, el estado +7 ni siquiera existirá existirá: dada la estabilidad de los electrones 7s y la diferencia en energía entre estos y los electrones 7p1/2, se ha planteado la hipótesis de que el núcleo de valencia del elemento contenga solo cinco electrones.[46]

El compuesto IF3 tiene una configuración en forma de 'T'
El compuesto IF3 tiene una configuración en forma de 'T'
Se predice que la molécula  UusF3 adoptará una configuración trigonal
Se predice que la molécula UusF3 adoptará una configuración trigonal

El compuesto de ununseptio más simple posible es el monohidruro UusH. En este enlace participan un electrón 7p3/2 del ununseptio y el electrón 1s del hidrógeno, sin participación de los electrones 7p1/2. A causa de la ya mencionada desestabilación energética de los electrones nivel 7p3/2, este nivel se encuentra expandido y se calcula que la molécula UusH presentará un alargamiento de 17 picómetros.[47] [48] Como los enlaces de electrones p son dos tercios sigma, el enlace es un tercios más débil que en la ausencia la de interacción espín-órbita.[48] Esto es consistente con las propiedades de los hidruros de halógenos, cuya longitud de enlace aumenta a la vez que energía de disociación disminuye con el número atómico. Para las moléculas TlUus y UutUus se pueden realizar consideraciones análogas, tomando en cuenta el efecto opuesto demostrado de que los electrones p1/2 de los metales son estables. Esos dos resultados, en un momento dipolar relativamente pequeño para el TlUus, sólo 1.67 D (el valor positivo implica que la carga negativa está en el átomo de ununseptio); y para el UutUus, los la resistencia de los efectos causaron una transferencia de un electrón desde el átomo de ununseptio hacia el átomo de ununtrio, siendo el valor del momento de dipolo de 1.80 D.[49] En vista de los datos del UusH, es interesante que la interacción SO aumenta la energía de disociación para la molécula de UusF. Esto se debe a que reduce la electronegatividad del ununseptio, causando que el enlace con el flúor (extremadamente electronegativo) tenga un carácter más iónico.[48] De hecho, el monofluoruro de ununseptio debería presentar el enlace más fuerte de todos los monofluoruros del grupo 17.[48]

La Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de Valencia (TREPEV) predice que los trifluoruros del grupo 17 tengan una geometría molecular en forma de T. Todos los trifluoruros de halógeno conocidos tienen esta geometría molecular, con una estructura AX3E2 (un átomo central, indicado como A, rodeado por tres ligandos, X, y dos pares de electrones no compartidos, E). Si los efectos de la relatividad no son tomados en cuenta, Uus3 también debería seguir a sus congéneres más livianos con respecto a tener una geometría molecular en forma de T. No obstante, puesto que la capa 7s del ununseptio no debería participar del todo en reacciones químicas, en su lugar la teoría TREPEV predice una geometría molecular piramidal trigonal (AX3E1). Predicciones más sofisticadas muestran que esta geometría molecular no sería energéticamente favorable para UusF3, prediciendo en su lugar una geometría molecular trigonal plana (AX3E0) hacia arriba. Esto demuestra que la teoría TREPEV no puede sostenerse consistentemente para los elementos superpesados.[46] Además, esta molécula se estabiliza de manera muy significativa por las interacciones SO; una posible lógica podría ser —de nuevo— la gran diferencia de electronegatividad entre el ununseptio y el flúor, dando al enlace un carácter parcialmente iónico.[46]

Notas[editar]

  1. El término «grupo 17» se refiere al grupo, o columna vertical en la tabla periódica, que comienza con el flúor. No es equivalente al término «halógenos», que se refiere exclusivamente a los elementos flúor, cloro, bromo, iodo y astato.
  2. Estos cálculos obtienen las período de semidesintegración|vidas medias]] totales, no sólo para la desintegración alfa.
  3. La vida media de tres de los isótopos más pesados estudiados en el reporte, ununseptio-334, ununseptio-336, y ununseptio-337, se prevé que exceda la edad de la Tierra, lo que significa que podrían haber sobrevivido hasta el presente si hubieran sido creados alguna vez; otros tres isótopos se espera que tengan vidas medias superiores a los ochenta millones de años, la vida media del plutonio-244 (el último núcleo primordial más estable), por lo que, si hubieran sido creados en suficiente cantidad, éstos podrían haber sobrevivido hasta el día de hoy.
  4. El número cuántico corresponde a la letra en el nombre del orbital del electrón: 0 para s, 1 para p, 2 para d, etc. Véase número cuántico azimutal para más información

Referencias[editar]

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Bibliografía[editar]

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]